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FÍSICA GERAL E EXPERIMENTAL I
(base: Fundamentos de Física – Mecânica; Halliday e Resnick, 9ª Edição.) CAPÍTULO 5 – Força e Movimento I 5-1 Mecânica Newtoniana A física também envolve o estudo da causa da aceleração, que é sempre uma força que pode ser definida, em termos coloquiais, como um empurrão ou puxão exercido sobre um objeto. A relação que existe sobre uma força e a aceleração produzida por essa força foi descoberta por Isaac Newton e, esse estudo é chamado de mecânica newtoniana. 5-2 Primeira Lei de Newton
“Em um referencial inercial, se nenhuma força resultante atua sobre um corpo ( ⃗ Fres = 0), a
velocidade não muda, o corpo não sofre aceleração.” A primeira lei de Newton não se aplica a todos os referenciais, apenas aos inerciais. 5-2-1 Força A força é medida na unidade de Newtons (N) e a definimos em termos da aceleração que ela imprime a um corpo de referência, que tomamos como sendo o quilograma padrão. A força, por tanto, é medida pela aceleração que produz e, assim como a aceleração, é uma grandeza vetorial. Isso significa que quando duas ou mais forças atuam sobre um corpo, podemos calcular a força resultante somando vetorialmente as forças. Assim como acontece com outros vetores, uma força ou uma força resultante pode ter componentes em relação a um sistema de coordenadas. 5-2-2 Massa A massa de um corpo (grandeza escalar) é a propriedade que relaciona uma força que age sobre um corpo à aceleração resultante e, não há uma definição mais coloquial. Podemos deduzir da seguinte maneira: a razão entre as massas de dois corpos é igual ao inverso da razão entre as acelerações que adquirem quando são submetidos à mesma força. Ex: Exercemos uma força sobre um corpo cuja massa m 0 é 1,0 kg gerando uma aceleração de 1,0 m/s^2 , assim, sabemos que a força exercida é 1N. Em seguida, aplicamos a mesma força à um corpo x, que gera uma aceleração de 0,25 m/s^2.
mx
m 0
a 0
ax
mx = m 0
a 0
ax
mx =( 1,0 kg )
=4,0 kg
5-3 Segunda Lei de Newton “A força resultante que age sobre um corpo é igual ao produto da massa do corpo pela aceleração.” Em termos matemáticos:
⃗ F res = m ⃗ a
Primeiramente devemos definir a que corpo vamos aplicar a segunda lei de Newton, a força resultante deve ser a soma vetorial de todas as forças que atuam sobre esse corpo. Assim como outras equações vetoriais, a equação da segunda lei de Newton é equivalente à três equações para as componentes dos eixos xyz. A componente da aceleração em relação a um dado eixo é causada apenas pela soma das componentes das forças em relação a esse eixo e não por componentes de forças em relação a qualquer outro eixo. 5-4 Algumas Forças Especiais
Força Gravitacional ⃗ F g – É um tipo de atração que um segundo corpo (nesse capítulo
consideraremos apenas a Terra) exerce sobre o primeiro. A força gravitacional atrai um corpo na direção do centro da Terra, ou seja, verticalmente para baixo. Considere um corpo de massa m em queda livre, submetido, portanto, a uma aceleração de módulo g. Se desprezarmos os efeitos do ar, a única força que age sobre o corpo é a
força gravitacional ⃗ F g. Podemos relacionar essa força à aceleração correspondente
através da segunda lei de Newton, ⃗ F res = m ⃗ a. Colocamos um eixo y vertical ao longo
da trajetória do corpo, com o sentido positivo para cima. Para este eixo, a segunda lei de
Newton pode ser escrita na forma ⃗ F res , y = m ⃗ a y , que nessa situação se torna:
-Fg = m(-g)
Fg = mg
Forças Normal ⃗ F N – Quando um corpo exerce uma força sobre uma superfície, a
superfície (ainda que aparentemente rígida) se deforma e empurra o corpo com uma
força normal ⃗ F N que é perpendicular à superfície.
A segunda lei de Newton sobre um bloco em cima de uma mesa, por exemplo, tomando o eixo y como o sentido positivo pra cima assume a forma:
FN – Fg= may
Substituindo Fg por mg, obtemos:
FN – mg = may
O módulo da força normal, portanto é:
FN = may + mg
Se a mesa e o bloco não estão acelerados em relação ao solo, ay = 0.
Tração ⃗ T - Uma força é chamada de tração quando é aplicada por uma corda de massa
desprezível e inextensível que une dois corpos.
