Nem sempre as forças geram movimento de um corpo. Quando estamos sentados lendo um livro a força gravitacional age sobre o nosso corpo, mas apesar disso permanecemos parados.
Todos nós temos uma compreensão básica do conceito de força quando empurramos ou puxamos um corpo exercemos força sobre ele.
O CONCEITO DE FORÇA
Forças de contacto envolve contacto físico entre os objectos. Exemplos : Forças de atrito (com o ar e com o solo) e Força normal
Força de campo não envolve contacto físico entre os objectos: Exemplo: Força de atracção gravitacional
Força de atrito com o solo
Força de resistência do ar
Força dagravidade
Forçanormal
Podemos empurrar um grande bloco de pedra e apesar disso não conseguir movê-lo.
É importante observar que a distinção entre forças de contacto e forças de campo não é tão precisa uma vez que a nível atómico aquelas forças classificadas como sendo forças de contacto são devidas a forças eléctricas (forças de campo)
Para a compreensão dos fenómenos macroscópicos é conveniente classificar as forças em
RESULTANTE DE FORÇAS
Diagrama de corpo livre isolamos o corpo em questão e colocamos todas as forças externas que agem sobre o corpo.
A resultante de i forças que agem sobre um corpo é:
iFFFFF
321Resultante
N
1P
T
T
2P
Exemplo
A PRIMEIRA LEI DE NEWTON
observou que a natureza de um corpo é de resistir a mudanças em seu movimento
No livro "Diálogo a Respeito de duas Novas Ciências", Galileu apresenta o problema do plano inclinado
Estudando o movimento de diversos objectos sobre um plano inclinado ele observou que quando um objecto rola de cima para baixo no plano inclinado o objecto esta sujeito a uma aceleração, quando o objecto e lançado de baixo para cima no plano inclinado, o objecto sofre uma desaceleração. Observe a figura abaixo:
“O movimento ao longo de um plano horizontal deve ser permanente."
Galileu
Aristóteles Antes de 1600 os cientistas acreditavam que os corpos em movimento sobre a Terra tendiam ao repouso se nenhuma força actuasse sobre ele
A propriedade de um corpo de permanecer em movimento numa linha recta foi chamado por Galileu de LEI DA INÉRCIA
Mais tarde Newton formalizou esta observação, que é conhecida como sendo a PRIMEIRA LEI DO MOVIMENTO DE NEWTON
“Na ausência de forças externas, um corpo em repouso permanece em repouso e um corpo em movimento permanece em movimento com velocidade constante (com velocidade escalar constante e em linha recta)”
Quando não agem forças sobre um corpo a sua aceleração é nula e a velocidade é constante
0
dtvda cte 0 vF
O vector posição é tvrr 0
O repouso é apenas o caso particular em que 0
v
Do ponto de vista da dinâmica, ausência de forças e resultante de forças nula são equivalentes
REFERENCIAIS INERCIAIS (DE INÉRCIA)
Referencial inercial é um referencial para o qual se uma partícula não está sujeita a forças, então está parada ou se movimentando em linha recta e com velocidade constante.
Um referêncial inercial é aquele no qual a 1ª lei de Newton é válida
Na maioria das situações práticas (pequenos deslocamentos) pode-se considerar uma boa aproximação de referencial, um sistema de referência fixo na superfície da Terra
Quando os efeitos de rotação da Terra em torno de seu eixo não são desprezáveis, é necessário escolher outro referencial porque referenciais em rotação não são inerciais
Neste caso um referencial em repouso em relação às estrelas distantes (“fixas”) é a melhor escolha de um referencial inercial.
Se um referencial é inercial, qualquer outro referencial que se mova com velocidade constante em relação a ele é também um referencial inercial.
Para um observador dentro do carro, a causa da aceleração para trás é desconhecida.
Num carro movendo-se para frente com aceleração constante, os passageiros têm a impressão de estarem sendo acelerados para trás.
Referenciais não inerciais
Se o carro estiver com uma velocidade v rectilínea e uniforme você verá que o peso P estará sempre pendurado na vertical
Se você acelerar num trecho recto da estrada, aparecerá uma aceleração que empurrará o peso P para trás ou seja na direcção oposta à aceleração do carro
a
MASSA INERCIAL
É mais fácil arremessar uma bola de basquete ou uma bola de ténis ?
A massa inercial é a medida da resistência de um corpo a uma mudança no movimento em resposta a uma força externa
Quantificamos essa resistência como a massa do corpo
A bola de basquete tem mais massa inercial que a bola de ténis, portanto é mais difícil modificar o movimento da bola de basquete
Quando exercemos uma força horizontal
A SEGUNDA LEI DE NEWTON
F
sobre um bloco de madeira que se encontra
numa superfície horizontal sem atrito, o bloco se desloca com uma aceleração a
FF
1 aa
1
A experiencia mostra que se aplicarmos uma força duas vezes maior, a aceleração duplica
FF
22 aa
22
e se aplicarmos uma força 3 vezes maior a aceleração triplica
FF
33 aa
33
“A aceleração de um corpo é directamente proporcional à força resultante que age sobre ele e inversamente proporcional a sua massa”
As observações referidas anteriormente (massa inercial e o exemplo anterior) estão resumidas na SEGUNDA LEI DE NEWTON
mF
fa
onde é a força resultante
A segunda Lei de Newton na forma matemática é
vmp
amf
Assim a segunda Lei de Newton é
O efeito da força sobre um corpo é mudar a quantidade de movimento desse corpo
Válida apenas quando a massa do corpo permanece constante. Para situações em que a massa muda com o tempo temos que utilizar a forma alternativa da 2ª lei de Newton onde se utiliza o momento linear (ou quantidade de movimento)
Unidade do momento linear no SI: kg m/s
Unidade de força no SI: 2m/s kg 1 N 1
f
A SEGUNDA LEI DE NEWTON E O REFERENCIAL INERCIAL
Tal como formulada ( ), a segunda lei de Newton é válida apenas em
referenciais inerciais. Em referenciais não inerciais ela deve sofrer correções.
Observadores em dois referenciais inerciais concordam entre si sobre a resultante de forças agindo sobre o corpo e sobre sua aceleração.
g g
amFi
gmP
Neste caso a força é o peso da bola
P
P
A SEGUNDA LEI DE NEWTON E REFERENCIAIS NÃO INERCIAIS
1N m g
gmm
ma
21
2
g
mmmm
amT21
211
N
1m g
2m g
T
T x
y
Bloco 1
Bloco 2
22 amTgm
amF yy
gmNFy 10 amTamF xx 1 (1)
(2)
, igualamos (1) e (2) TT
Exemplo 15. Calcular a tensão nos fios e a aceleração dos blocos. Não há atrito entre o bloco e a superfície. Os fios e a roldana são ideais.
amgmT 22
Como amgmam 221
221 gmamam )( 221 gmamm
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