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Forças I
Física
2o bimestre – Aula 5
Ensino Médio
1a
SÉRIE
2024_EM_V1
Dinâmica.
Analisar a interação dos corpos a partir das forças peso, normal e tração.
Conteúdo
Objetivo
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(EM13CNT204) Elaborar explicações, previsões e cálculos a respeito dos movimentos de objetos na Terra, no Sistema Solar e no Universo, com base na análise das interações gravitacionais, com ou sem o uso de dispositivos e aplicativos digitais (como softwares de simulação e de realidade virtual, entre outros).
Observe o gif a seguir. Descreva o que você vê. Como você explica o que está acontecendo?
5 MINUTOS
Virem e conversem
Crianças brincando de puxar uma corda
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Para começar
Diferente da linguagem cotidiana, massa e peso são conceitos diferentes. Enquanto a massa é a quantidade de matéria em um corpo, o peso é uma força.
Os corpos próximos à superfície da Terra caem com aceleração g = 9,8 m/s2. Isso quer dizer que estão sob ação de uma força. Essa força de origem gravitacional é o peso (P).
Força peso
A força peso pode ser calculada a partir do produto da massa (m) pela aceleração da gravidade (g):
Continua...
Independentemente da posição ou do movimento do corpo, sua força peso sempre estará direcionada para o centro do corpo que exerce atração gravitacional sobre ele.
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Foco no conteúdo
Assim, podemos dizer que o peso de uma pessoa de massa 50 kg é 500 N, uma vez que: considerando a aceleração da gravidade de aproximadamente 10 m/s2.
Como a aceleração da gravidade é diferente em outros lugares do espaço, o peso para uma mesma massa também será diferente.
Considerando que na Lua a aceleração da gravidade é , o peso de uma pessoa de 50 kg na Lua será:
 .
A massa de um corpo não vai se alterar em função da aceleração da gravidade à qual esteja submetida, mas sua força peso vai sofrer alterações.
O peso do astronauta na Lua é menor em comparação com o seu peso na Terra. Por isso, seu caminhar fica mais leve e lento
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Foco no conteúdo
A força normal (N) é aquela que surge quando existe o contato direto entre dois corpos impedindo que eles se atravessem. Essa força sempre se apresenta no sentido da repulsão entre os corpos e em direção perpendicular à superfície.
Força normal
Continua...
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Foco no conteúdo
Algumas considerações importantes sobre a força normal:
A força normal não tem uma expressão matemática própria; 
A força normal é uma força de reação ao contato entre dois corpos ou do contato com a superfície;
A força normal e a força peso atuando em um mesmo corpo não formam um par de ação e reação, uma vez que com ambas atuando sobre o mesmo corpo, não estão de acordo com a 3a Lei de Newton.
Se não houver contato entre as superfícies, não haverá força normal.
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Foco no conteúdo
Considere que um elevador está subindo com aceleração de 0,5 m/s2. Sobre o piso do elevador há uma pessoa de 60 kg. Qual é a força normal que o piso do elevador exerce sobre a pessoa? Considere g = 10 m/s2
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Na prática
Considere que um elevador está subindo com aceleração de 0,5 m/s2. Sobre o piso do elevador há uma pessoa de 60 kg. Qual é a força normal que o piso do elevador exerce sobre a pessoa? Considere g = 10 m/s2
No diagrama de corpo livre da situação temos a aceleração do corpo na vertical para cima, a força peso na vertical para baixo e a força normal do piso na vertical para cima.
Considerando o referencial positivo do eixo y para cima, tem-se que:
 
 
 
 
 
 
Correção
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Na prática
A humanidade faz o uso de cordas desde muito tempo. Elas são utilizadas para movimentar objetos muito massivos, grandes e difíceis de serem carregados com a força do próprio corpo. A força aplicada por meio da corda ao ser tensionada é transmitida diretamente para o corpo. A transmissão de força que ocorre por meio de cordas, fios ou barras rígidas é chamada de força de tração. 
Força de tração
Para o estudo dessa força, consideraremos os objetos de transmissão de força, ou seja, os fios ideais, que são:
Inextensíveis;
De massa desprezível;
Perfeitamente flexíveis;
Apresentam apenas a dimensão de comprimento.
 
Continua...
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Foco no conteúdo
Além de utilizar cordas ou fios ideais para puxar objetos, é possível utilizá-las para conectar corpos. Veja a seguir:
Neste caso, temos para o corpo a:
 
 
Para o corpo b:
 
 
 
Continua...
Assim como previsto pela 3a Lei de Newton, como as forças de tração têm mesma intensidade, mesma direção, sentidos opostos e agem sobre corpos diferentes, as forças de tração, nesse caso, formam um par de ação e reação.
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Foco no conteúdo
Um outro caso comum do uso de fios ideais é o de suspender corpos por meio de polias. Veja a seguir:
Neste caso, temos para o corpo a:
 
 
Para o corpo b:
 
 
 
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Foco no conteúdo
A figura a seguir mostra um bloco de 6 kg pendurado em repouso no teto por um fio ideal. Determine o valor da tração no fio. Considere g = 10 m/s2.
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Na prática
A figura a seguir mostra um bloco de 6 kg pendurado em repouso no teto por um fio ideal. Determine o valor da tração no fio. Considere g = 10 m/s2.
A partir do diagrama de corpo livre do bloco, temos forças apenas na vertical, sendo estas a força de tração e o peso. Assim:
 
 
Como o bloco está em repouso, 
 
 
 
 
 
Correção
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Na prática
Para testar a aplicação de diversos conjuntos de força, manipule o simulador virtual. Experimente as opções “Net Force” (Força de tração) e “Motion” (Movimento). Altere as diversas opções de variáveis e anote suas observações. 
Simulador de forças
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Aplicando
Aprendemos a diferença entre massa e peso;
Verificamos matematicamente a força peso;
Verificamos a força normal sobre diferentes tipos de superfície;
Determinamos o cálculo da força de tração em situações diferentes.
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O que aprendemos hoje?
Slide 3 – https://www.gettyimages.com.br/detail/v%C3%ADdeo/group-of-small-preschool-children-play-a-tug-of-war-imagens-de-arquivo/1137973614?adppopup=true 
Slide 5 – https://giphy.com/gifs/moodman-moon-astronaut-walk-lS7GfvzSVhWOhJKlng 
Slide 9 – https://www.preparaenem.com/fisica/forca-normal-forca-peso-no-elevador.htm 
Slide 10 – https://cursoenemgratuito.com.br/forca-de-atrito/ 
Slides 11 e 12 – https://brasilescola.uol.com.br/fisica/tracao.htm 
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Referências
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