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Forças II
Física
2o bimestre ‒ Aula 6
Ensino Médio
1a
SÉRIE
2024_EM_V1
Dinâmica.
Analisar a interação dos corpos, a partir das forças elástica e centrípeta.
Conteúdo
Objetivo
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Observe os GIFs a seguir. Quais são as forças envolvidas nesses movimentos? 
5 MINUTOS
Virem e conversem
Carros fazendo curva em estrada
Arqueira atirando uma flecha com o arco
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Para começar
Como você viu anteriormente, diversos materiais podem ser utilizados, a partir de suas propriedades elásticas, para funções diferentes. O arco e flecha já teve como função a caça, a guerra e, a partir do século XVII, virou uma modalidade esportiva. Por outro lado, materiais mais rígidos, como metais em formato de mola, também desempenham funções diversas a partir das suas capacidades de deformação e de restauração.
Força elástica
Continua...
O uso de materiais elásticos propicia o surgimento da força elástica , que restaura deformações causadas em materiais.
Assim, a força elástica é responsável pela restauração elástica de corpos como molas e ligas elásticas.
Deformação em um estilingue
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Foco no conteúdo
O cientista inglês Robert Hooke (1635 – 1703) estudou o comportamento das molas experimentalmente. Uma de suas conclusões foi que a deformação da mola dependia de sua espessura e do seu material, características posteriormente representadas pela constante elástica (k). Matematicamente, a força elástica é determinada pela Lei de Hooke:
Lei de Hooke
O sinal negativo deve-se ao fato de que o sentido da força elástica é restaurativa, ou seja, sempre direcionada para o lado oposto ao sentido da deformação do corpo.
A oposição do sentido da força elástica e da deformação pode ser verificada na ilustração a seguir.
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Foco no conteúdo
Lei de Hooke - gráfico
O módulo da força elástica é dado por:
Lembrando que a deformação da mola é ou seja, a diferença entre o comprimento final e o comprimento inicial da mola ou do material elástico. 
É possível obter a constante elástica (k) de um corpo, a partir da análise do gráfico do módulo da força elástica em função da deformação sofrida.
A tangente do ângulo formado pela reta representa k.
 e 
Então: 
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Foco no conteúdo
(UERN) A tabela apresenta a força elástica e a deformação de 3 molas diferentes. Comparando as constantes elásticas dessas 3 molas, tem-se que:
K1>K2>K3.
K2>K1>K3.
K2>K3>K1.
K3>K2>K1.
	Mola	Força Elástica (N)	Deformação (m)
	1	400	0,5
	2	300	0,3
	3	600	0,8
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Na prática
(UERN) A tabela apresenta a força elástica e a deformação de 3 molas diferentes. Comparando as constantes elásticas dessas 3 molas, tem-se que:
K1>K2>K3.
K2>K1>K3.
K2>K3>K1.
K3>K2>K1.
	Mola	Força Elástica (N)	Deformação (m)
	1	400	0,5
	2	300	0,3
	3	600	0,8
Utilizando a expressão da força elástica, é possível determinar o valor da constante elástica das molas 1, 2 e 3, e compará-las.
Para a mola 1:
 
 
 
Para a mola 2:
 
 
 
Para a mola 3:
 
 
 
Assim: > > 
Correção
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Na prática
Força resultante centrípeta
A força centrípeta é responsável por manter corpos em trajetórias curvilíneas. Sem esta força, corpos desempenhando curvas seguiriam o movimento em inércia e sairiam pela tangente. Assim, define-se a força centrípeta:
como uma força resultante que atua sobre corpos em trajetórias curvilíneas, aponta para o centro da trajetória e é perpendicular à velocidade tangencial (v) desempenhada.
A expressão matemática da força centrípeta considera a aceleração centrípeta: 
Assim, a força centrípeta é dada por:
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Foco no conteúdo
Força centrípeta aplicada
No caso de um corpo em movimento circular, preso a um fio em plano horizontal, temos a seguinte situação:
A força de tração faz as vezes de resultante centrípeta, o que significa que: 
Assim:
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Foco no conteúdo
Força centrípeta aplicada
No caso de um corpo passando por uma lombada, temos a seguinte situação:
Assim: 
 
No caso de um corpo passando por uma depressão, temos a seguinte situação:
Assim: 
 
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Foco no conteúdo
(CESESP ‒ PE) Um caminhão transporta, em sua carroceria, uma carga de 2,0 toneladas. Determine, em newtons, a intensidade da força normal exercida pela carga sobre o piso da carroceria quando o veículo, a 30 m/s, passa pelo ponto mais baixo de uma depressão com 300 m de raio. Dado: g = 10 m/s2.
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Na prática
(CESESP ‒ PE) Um caminhão transporta, em sua carroceria, uma carga de 2,0 toneladas. Determine, em newtons, a intensidade da força normal exercida pela carga sobre o piso da carroceria quando o veículo, a 30 m/s, passa pelo ponto mais baixo de uma depressão com 300 m de raio. Dado: g = 10 m/s2.
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Uma vez que esta é uma situação de um corpo passando por um vale, tem-se que:
 
 
 
 
Correção
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Na prática
A atração denominada “globo da morte” é famosa em diversos circos pelo mundo. Nela, motociclistas dão voltas completas dentro do globo. Explique como eles conseguem fazer essas curvas sem cair.
Para saber mais sobre as forças envolvidas nessa prática, você pode acessar o vídeo a seguir.
Motociclistas na atração “globo da morte” em um circo
 A física do globo da morte
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Aplicando
Aprendemos que a força elástica é uma força de restauração, aplicável a materiais com propriedades elásticas;
Aprendemos a Lei de Hooke;
Determinamos a constante elástica com base em um gráfico de força elástica em função da deformação de um corpo;
Aprendemos que a força centrípeta é uma resultante de corpos que executam curvas;
Aplicamos o conceito de força centrípeta em situações diversas.
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O que aprendemos hoje?
Slide 3: Getty Images. Disponível em: https://www.gettyimages.com.br/detail/v%C3%ADdeo/japanese-archer-aiming-and-taking-her-shot-imagens-de-arquivo/1130494966?adppopup=true. Acesso em: 08 abr. 2024.
Giphy. Disponível em: https://giphy.com/gifs/pbsdigitalstudios-pbs-ds-overview-unc-tv-2kSn7wplNiABrOUVcO . Acesso em: 08 abr. 2024.
Slide 4: WEB FÍSICA. Aula 2.13: Força elástica, Lei de Hooke e associação de molas. Disponível em: https://webfisica.com/fisica/curso-de-fisica-basica/aula/2-13. Acesso em: 08 abr. 2024.
Slide 5: TREVISANO, Rodrigo. Polias e força elástica2 em Física. Descomplica. Disponível em: https://descomplica.com.br/d/vs/aula/polias-e-forca-elastica/. Acesso em: 08 abr. 2024.
Slide 9: BORGES, Sidney. FERRARO, Nicolau Gilberto. Forças em trajetórias curvilíneas. Plutão Planeta Plutão. 17 set. 2012. Disponível em: https://plutaoplanetaplutao.blogspot.com/2012/09/cursos-do-blog-mecanica_17.html. Acesso em: 08 abr. 2024.
Slide 10: FERRARO, Nicolau Gilberto. Cursos do Blog - Mecânica. Os Fundamentos da Física. 28 set. 2015. Disponível em: https://osfundamentosdafisica.blogspot.com/2015/09/cursos-do-blog-mecanica_28.html. Acesso em: 08 abr. 2024.
Slide 14: Make a GIF. Disponível em: https://makeagif.com/gif/globo-da-morte-com-8-motos-hd-increible-globe-of-steel-with-8-motorcycle-hd-MvVPC7. Acesso em: 08 abr. 2024.
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Referências
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