Física e Química na tua vida...: 12/02/08

Forças e os seus efeitos

Uma força é toda a causa capaz de alterar o estado de repouso ou de movimento de um corpo, ou ainda de lhe causar deformações. É uma grandeza vectorial e uma manifestação de energia.

Resultante de um sistema de forças

Chama-se força resultante à força que por si só substitui todas as forças que actuam num corpo. Corresponde à soma de todas as forças.

Como se somam forças?

1. Começas por representar um dos vectores.
2. Depois, na extremidade do primeiro vector, inicias a representação do segundo.
3. Finalmente, unes a origem do primeiro vector com a extremidade do segundo, para obteres o vector soma.

A intensidade da força resultante calcula-se de diferentes formas:

1. Forças com a mesma direcção e sentido

Quando as forças têm a mesma direcção e sentido, a força resultante tem a mesma direcção e sentido e a sua intensidade é igual à soma das intensidades das forças que actuam.

2. Forças com a mesma direcção e sentidos contrários

Quando as forças têm a mesma direcção e sentidos contrários, a força resultante tem a mesma direcção, sentido da força de maior intensidade e a sua intensidade corresponde à diferença das intensidades das forças que actuam.

3. Forças com direcções perpendiculares

Quando as forças têm direcções perpendiculares, a direcção da força resultante é oblíqua à direcção das forças componentes do sistema, e obtém-se por aplicação da regra do paralelogramo ou da regra do triângulo de Stévin. A sua intensidade calcula-se pelo teorema de Pitágoras.

1ª lei de Newton (Lei da Inércia)

Inércia: Por si só, um corpo não é capaz de alterar o seu estado de repouso ou de movimento rectilíneo e uniforme. A inércia de um corpo é uma medida da oposição que o corpo oferece às alterações do estado de repouso e de movimento a que fica submetido. Um corpo em movimento rectilíneo e uniforme tende a continuar em movimento rectilíneo e uniforme; um corpo em repouso tende a continuar em repouso.

1ª lei de Newton: Qualquer corpo permanece no estado de repouso ou de movimento rectilíneo uniforme se a resultante das forças que actuam sobre esse corpo for nula.

- A massa de um corpo é uma medida da inércia desse corpo.
- Quanto maior for a massa do corpo, maior vai ser a sua inércia, mais difícil se torna alterar a sua velocidade.

2ª Lei de Newton ou Lei Fundamental da Dinâmica

Lei Fundamental da Dinâmica ou 2ª Lei de Newton: A força resultante do conjunto das forças que actuam num corpo é directamente proporcional à massa do corpo e à aceleração adquirida por este. A aceleração tem a mesma direcção e o sentido da resultante de forças.

A aceleração que o corpo adquire, depende de duas variáveis:

- da resultante das forças aplicadas no corpo.
- da massa do corpo.
- Para a mesma intensidade de força resultante, quanto maior for a massa do corpo, menor será o valor da aceleração por ele adquirida.
- Para uma mesma massa, quanto maior for a intensidade da força resultante aplicada no corpo, maior será o valor da aceleração por ele adquirida.

Força de colisão

É a força que o obstáculo exerce no veículo durante a colisão. É esta força que faz a velocidade passar do valor inicial, que tinha no inicio da colisão para o valor final que é zero.
A intensidade da força de colisão calcula-se por:

A intensidade da força de colisão é tanto maior quanto:

- maior for a massa do veículo;
- maior for a velocidade do veículo no momento da colisão;
- menor for o tempo da colisão.

3ª Lei de Newton (Lei da Acção-Reacção)

Lei da Acção-Reacção: Se um corpo A aplicar uma força sobre um corpo B, receberá deste uma força da mesma intensidade, mesma direcção e sentido oposto à força que aplicou em B. Estas forças estão aplicadas em corpos diferentes.

Forças de atrito

Considera um bloco em movimento sobre uma mesa.

Quais são as forças que estão a actuar no bloco?

são forças de contacto que se opõem ao movimento de um corpo e que resultam da interacção entre o corpo e a superfície de contacto.

A intensidade das forças de atrito depende:

- da massa do corpo (quanto maior for a massa do corpo maior será a intensidade da força de atrito);
- da natureza das superfícies em contacto (quanto mais rugosas forem as superfícies de contacto mais intensa será a força de atrito);
- não depende da área da superfície em contacto.

* As forças de atrito existem quando os corpos se movem não só sobre uma superfície sólida, mas também, no ar e nos líquidos.

* Para uma mesma situação, a força de atrito de escorregamento é sempre maior do que a força de atrito de rolamento.

* Embora o atrito seja “contra o movimento”, existem situações em que ele é prejudicial (para as dobradiças das portas, para o vaivém penetrar na atmosfera terrestre, etc.) e outras que em é útil (para caminharmos com segurança no dia-a-dia e na prática de desporto, para as rodas dos automóveis rodarem e não deslizarem, para acender um fósforo, etc.)

* Podemos reduzir o atrito, substituindo o atrito de deslizamento pelo atrito de rolamento, utilizando lubrificantes, alcatroando as estradas, etc….

Momento de uma força

Momento de uma força : é uma grandeza física vectorial que informa acerca do efeito rotativo de uma força.

Quanto maior for o momento de uma força, maior é o seu efeito rotativo.

O valor do momento de uma força depende da:

- intensidade da força exercida (quanto maior for a intensidade da força exercida, maior é o efeito rotativo logo maior é o valor do momento de uma força);

- distância entre a linha de acção da força e um ponto ou eixo em relação ao qual o sistema roda, medida na perpendicular (quanto mais longe do eixo de rotação se aplicar a força, maior será o efeito rotativo da força e consequentemente, maior será o valor do momento da força);

- do ângulo da linha de acção da força em relação ao eixo de rotação (o efeito rotativo de uma força é máximo quando a força actua perpendicularmente ao eixo de rotação).

Caso particular do balancé

1ºcaso: Forças que originam efeitos rotativos em sentidos contrários

Se o balancé está em equilíbrio, é porque o efeito rotativo de um lado é igual ao efeito rotativo do outro lado, ou seja,

Assim,

O momento resultante obtém-se pela subtracção das intensidades dos momentos das forças.

Conclusão:

O sistema está em equilíbrio porque os momentos em cada um dos lados da tábua são iguais e, como estão a actuar em sentidos de rotação opostos (cada uma induz a tábua a girar para um sentido diferente), os momentos anulam-se.

2ºcaso: Forças que originam efeitos rotativos no mesmo sentido

Quando uma das forças que actuam no sistema produz um efeito rotativo de sentido contrário ao efeito produzido pela outra, a intensidade do momento resultante do sistema obtém-se, subtraindo as intensidades dos momentos de cada uma das forças componentes.

Na situação (i) as forças actuam com o efeito rotativo no mesmo sentido, no sistema.

Para a situação (i):

Quando as forças que actuam no sistema contribuem para que este rode num único sentido, a intensidade dos momentos das forças somam-se.

Na situação (i) + (ii), há efeitos rotativos gerados em sentidos opostos, mas como o sistema está numa situação de equilíbrio, o momento resultante é zero.

Binário

Binário: é um sistema constituído por duas forças com a mesma intensidade, direcções paralelas, sentidos opostos e as suas linhas de acção devem estar sempre separadas de uma distância d.

Exemplos: Abrir / fechar uma torneira; abrir / fechar um frasco; rodar um volante

Como calcular o momento de um binário?

O momento do binário é a soma do momento de cada uma das forças que o constituem.

Uma vez que as forças que constituem um binário têm sempre intensidades iguais e estão separadas por uma igual distância em relação ao ponto de rotação do sistema, podemos dizer que:

- Para a mesma intensidade das forças que constituem o binário, quanto maior for a distância entre as suas linhas de acção, maior é o efeito rotativo do binário.

Pressão

Significado físico de 1 Pa: é a pressão que uma força de intensidade 1N exerce sobre uma superfície de um metro quadrado.

Outra unidade de pressão:

Impulsão

Peso real: corresponde ao peso do corpo medido no ar.

Peso aparente: corresponde ao peso do corpo, quando o corpo se encontra mergulhado num fluído. Nestas circunstâncias, o corpo aparenta ter uma intensidade do peso inferior ao valor medido no ar.

Qualquer corpo colocado no interior de um fluido (líquido ou gasoso) fica submetido à acção de duas forças verticais, mas de sentidos contrários:

Lei de Arquimedes: Qualquer corpo mergulhado, total ou parcialmente, num fluído (líquido ou gás), fica sujeito a uma força vertical, dirigida de baixo para cima e cuja intensidade é igual ao valor do peso do volume do fluído deslocado.

O valor da impulsão de um fluido pode ser determinado:

- pela diferença entre os valores do peso real do corpo, Preal, e do peso aparente, Paparente :