causas dos movimentos: forças

CAUSAS DOS MOVIMENTOS: FORÇAS
Vanderlei S. Bagnato – Professor do IFSC-USP
UM PROGRAMA DE COOPERAÇÃO ENTRE A UNIVERISDADE DE SÃO
PAULO E A UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ
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Causas dos movimentos: Forças
É possível caracterizar os movimentos sem entendermos as suas causas.
No entanto, sem entendermos suas causas, não podemos entender de fato como
o sistema chegou a uma determinada situação de estado de movimento, muito
menos será possível prever uma situação futura.
Quando um corpo está em movimento em relação a outro, pode-se dizer
que uma ou mais ações provocaram a diferença de estado de movimento entre
os dois corpos observados.
A Ciência, durante muitos séculos, observou os movimentos tentando
desvendar suas causas. Sempre houve muito a ser observado, já que quase nada
está em repouso na natureza. O rio vai colina abaixo, o pássaro voa, a Lua se
move, o Sol, as estrelas etc.
Ficou óbvio para muitos que o movimento de um corpo sofria alterações
consideráveis com a interferência de um segundo corpo. A flecha não sai voando
sozinha, é preciso um arco que a arremesse. Uma bola que rola ladeira abaixo
ganha velocidade e, quando vai ladeira acima, perde.
O que faz a Lua girar ao redor da Terra?
Qual a razão de sermos arremessados ao para-brisa do carro em uma
freada brusca? Por que o cavaleiro continua seu movimento quando o cavalo
resolve parar repentinamente?
Este tipo de questionamento conviveu com diversos cientistas ao longo de
séculos. Para eles, como que para a maioria de nós, tudo parece óbvio, até que
nos perguntam a causa dos movimentos. Foi o físico e matemático Isaac Newton,
que no século XVII conseguiu correlacionar tudo que se movia e criar novos
conceitos capazes de explicar os movimentos de uma forma coerente. Para
podermos entender as ideias de Newton, devemos começar definindo alguns
conceitos, que até então não eram necessários, apenas para caracterizar as
grandezas que descrevem o movimento.
Massa: vamos começar com a massa de um corpo. Um corpo pode ter massa
maior ou menor, independente de seu movimento ou tamanho, certo? A massa é
uma característica intrínseca de um objeto, que vai depender essencialmente da
quantidade e do tipo de matéria nele presente. O conceito é intuitivo.
O que tem mais massa? Um copo cheio de ar ou de água?
A resposta é óbvia. A questão é: como medimos a massa?
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Há de fato diversas formas de medir. A mais comum é colocar em uma
balança em repouso, mas poderíamos medir de outras formas, como pela
facilidade para movermos o corpo etc. A massa dos corpos é um conceito
importante em nosso contexto.
Força: é fácil sentir seu efeito, mas não é tão fácil se conceituar. Todos
sentem algo quando levam um empurrão. Aquele efeito do empurrão é
caracterizado por uma força. Quando jogamos bola, o chute que faz a bola
adquirir velocidade também é caracterizado por uma força. A Força que atua nos
objetos sempre depende de um segundo agente para fazê-la ocorrer. A flecha
arremessada por um arco, também sofreu a ação de uma força. A maioria dos
exemplos de força mencionados demonstra a necessidade de contato para
caracterizarmos a sua ação. São as chamadas forças de contato. Mas e a força
que mantém a Lua presa na Terra? Não existe contato, mas existe a atração. A
força é realmente uma entidade física, capaz de agir sobre corpos em contato ou
à distância, mas tem diversas naturezas. É interessante que a força seja uma
forma de quantificar a ação de um agente sobre um objeto, por exemplo. A noção
de força existia mesmo antes de Newton, mas não se tinha notado o quanto ela
é necessária para nos ajudar a investigar as causas dos movimentos e de seus
vários estados.
Observando isso, Newton criou três princípios, ou leis, que permitem
relacionar o movimento de um corpo, e toda sua variação, com uma característica
intrínseca a ele – a massa – e outra que atua sobre ele como um esforço externo
– a força. Para Newton, só se pode entender o comportamento do movimento
de um objeto se for possível relacionar as grandezas que caracterizam o
movimento, ou seja, a velocidade e sua variação, denominada aceleração, com
as grandezas massa e força.
As chamadas três leis de Newton podem ser descritas assim:
1ª Lei de Newton: Um corpo permanece em repouso ou em movimento
retilíneo uniforme até que uma força aja sobre ele.
Nesta lei, Newton reconhece que repouso e movimento retilíneo uniforme
são conceitos equivalentes e definidos como estados de equilíbrio. Isto é
consequência da ausência de repouso absoluto. O interessante é que para mudar
este estado, um agente externo tem que agir e modificar esta situação.
Esta é a razão de tendermos a prosseguir em movimento quando estamos
dentro do ônibus e ele freia repentinamente. Tendemos a permanecer no estado de
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movimento inicial. Também explica a razão de ser mais difícil parar um carro andando
a 10 cm/s quando comparamos com um carrinho de bebê na mesma situação.
2ª Lei de Newton: A magnitude da mudança do estado de movimento
de um corpo depende da intensidade da força exercida sobre ele e de
sua massa. Quantitativamente, Força = Massa × Aceleração (F = ma).
Pode-se dizer que um corpo está acelerado quando sua velocidade varia,
caracterizando novo estado de movimento a cada instante. Para causar esta
mudança o esforço mecânico por meio da força é necessário. O efeito no
movimento promovido pela ação de uma força depende da massa do corpo.
Portanto, para mudar o estado de movimento de um vagão de trem do repouso
a 1 km/h é necessário mais esforço do que fazer o mesmo com uma bicicleta.
Nesta lei, Newton criou a forma de quantificarmos a mudança de movimento,
sendo sempre necessário o conhecimento da força.
3ª Lei de Newton: Quando um agente atua sobre um corpo através de
uma força, este último reage de volta sobre o agente com uma força
igual e oposta. Elas são denominadas de Ação e Reação.
A ocorrência de uma força sobre um corpo depende da ação um agente
que, ao aplicar a força “sente” a resistência agindo sobre ele. Quando
empurramos uma caixa, parece que a caixa não quer ir, pois ela age de volta
sobre nós. A ação e reação agem em corpos diferentes, e é por isso que o
esforço realizado gera resultado. Se eles agissem no mesmo corpo, o resultado
seria nulo. Você pode ser erguido pelo braço pela ação de uma força externa
(outra pessoa, por exemplo), mas nunca pela sua própria ação. A razão, neste
caso, é que a ação e a reação se fecham no mesmo corpo, gerando resultado
nulo. Se uma pessoa puxar outra pelo braço para cima, com bastante força,
conseguirá levantá-la do chão. No entanto, sentirá seu peso puxando para baixo.
Usando adequadamente essas leis, pode-se resolver praticamente todos
os problemas de mecânica tradicional envolvendo movimento, tendência de
movimento e variações dos movimentos.
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