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Física I FORÇA 1 Sumário Introdução ............................................................................................................................................................. 2 Objetivos ............................................................................................................................................................... 2 1. A Noção Intuitiva de Força .......................................................................................................................... 2 2. Efeitos da Força........................................................................................................................................... 3 3. Tipologias da Força ..................................................................................................................................... 5 Exercícios .............................................................................................................................................................. 7 Gabarito ................................................................................................................................................................ 8 Resumo ................................................................................................................................................................. 9 2 Introdução Com certeza em algum momento de sua vida, já fez alguma força, seja para levantar um objeto leve ou mais pesado. Assim sendo, usou uma força maior ou menor. Saberia descrever nas entrelinhas o significado desse termo que está rotineiramente presente em nossas vidas? Primeiramente, vamos fazer duas considerações: o ramo da Física que estuda os movimentos dos corpos considerando a causa destes movimentos é a dinâmica, e um corpo não exerce força sobre si mesmo. O fato de termos variação de velocidade é devido às resultantes de forças que atuam sobre eles. Notemos então, que diversos sistemas físicos do nosso dia a dia dependem da conceituação de força e de suas propriedades. Neste sentido, nessa apostila, nós apresentaremos as primeiras informações envolvendo uma das principais conceituações da mecânica e, por conseguinte da Física, que é o entendimento sobre força e de suas propriedades básicas. Vamos lá? Objetivos • Entender o conceito intuitivo de força e averiguar o seu aparecimento no contexto da atividade humana. • Compreender a importância da força na interação entre corpos. • Estar plenamente familiarizado com os principais tipos de forças e suas características introdutórias fundamentais. 1. A Noção Intuitiva de Força Mas afinal de contas o que é força? Grosso modo, não existe uma definição formal sobre força, mas podemos ter uma ideia intuitiva da mesma. Sabemos que a movimentação de um corpo é a variação de posição espacial de um objeto ou ponto material em relação a um referencial no decorrer do tempo. Logo, para que um corpo em repouso entre em movimento, é necessário que ele de alguma forma interaja com outro corpo e, por conseguinte, receba a ação de uma força efizcamente aplicada. Com base nessa ideia inicial, sem grandes dificuldades, podemos descrever que força é uma espécie de fruto que nasce da interação entre dois corpos. 3 SAIBA MAIS! É interessante comentarmos de forma adicional que a força é uma grandeza vetorial, o que significa que para sua caracterização necessitamos definir a sua intensidade, sua direção e seu sentido. Observe a figura a seguir. A noção intuitiva de força – interação entre corpos. 2. Efeitos da Força É interessante ressaltarmos que podemos identificar a existência de forças com base nos efeitos que elas geram quando aplicadas a um corpo. Assim sendo, citamos: Deformação: é um dos efeitos causados pela força, onde podemos ilustrar quando um jogador de futebol chuta a bola, logicamente, no ponto de contato entre o pé do jogador e a bola acontece uma deformação. Vejamos a figura a seguir. Notemos que um corpo pode agir sobre outro a partir do momento que puxa, empurra, esfrega, atrai ou repele. Assim, em cada uma dessas situações pontuamos que um corpo exerce força sobre o outro. Desta maneira, concluímos que só pode existir força quando temos um par de corpos ou objetos interagindo. Em outras palavras, falamos que a força nada mais é do que, o resultado da interação de um par de corpos ou objetos. 4 O efeito deformação provocado pela força. Seria melhor colocar aqui a foto de uma bola com uma leve deformação causada pelo chute. Alteração da velocidade: a força também pode provocar a mudança da velocidade de um corpo. Fundamentalmente falando, mudar a velocidade de um corpo significa alterar a intensidade ou direção ou sendito do vetor velocidade. EXEMPLO! Equilíbrio das forças: aqui temos mais um efeito provocado por uma força. Ilustrando, ao prendermos um objeto via um fio em um dado suporte, a força que o fio gera no objeto produz equilíbrio, fazendo com que o mesmo caia sob a ação da gravidade terrestre. Observe a figura a seguir. Ilustrando o equilíbrio entre forças. Na situação em que um jogador chuta a bola, simultaneamente além de deformação, temos a mudança da velocidade da bola. 5 3. Tipologias da Força É sabido que as transformações presentes no universo surgem diretamente de quatro tipos básicos das interações, são elas: gravitacional, eletromagnética, fraca e forte. É razoável comentarmos que as duas últimas são interações intimamente ligadas à matéria, enquanto as duas primeiras podem ser o elemento chave para explicarmos tudo o que visualizamos no universo como um todo. Particularmente falando, a gravitacional e a eletromagnética, são interações reconhecidas de ação à distância, pois acontecem inclusive quando não existe contato entre os objetos que estão interagindo. Vejamos uma rápida descrição dos tipos de forças que temos, porque a partir dessa classificação, temos condições de interpretar e descrever as forças relacionadas ao repouso ou movimento dos objetos ou corpos. Força Peso: é um exemplo de força de ação a distância, sendo chamada de força gravitacional e simbolizada pela letra (P). Em verdade, ela constitui a força que a Terra troca com toda massa que esteja em seu campo de atuação, possuindo direção perpendicular à superficie esférica do planeta, conforme mostramos na figura a seguir. Interpretando a força peso (P). Força de Tração: aqui concentram as forças que comparecem rotineiramente em um fio, cabo ou barra, sendo utilizada diretamente para puxar ou segurar um corpo. É comumente denotada por (T). Aqui, ressaltamos que a direção da força de tração é a mesma do fio ou do cabo ou da barra. Observemos a figura adiante. Interpretando a força de tração (T). 6 Força Elástica: esse tipo de força comparece na interação envolvendo uma mola deformada e um corpo atrelado a ela. Note que aqui, não temos uma força de contato entre superficies, todavia de contato pontual entre mola e corpo, similarmente ao que vimos na força de tração. Observe a figura a seguir. Interpretando a força elástica. Assim sendo, a partir do momentoem que o bloco é empurrado contra a parede por uma força externa ao Sistema (mola e corpo), a mola é comprimida e reage atribuindo no bloco uma força denominada de força elástica. Atuação da força elástica. Força Normal: denotada por (N) constitui outro exemplo de força de contato, que nasce da interação entre superfícies em contato e, possui direção perpendicular às superfícies envolvidas. Ilustrando a força normal. 7 Força de Atrito: denotada por (Fa) também é um típico exemplo de força de contato, porém a sua direção é paralela às superfícies que interagem. Observe a figura. 09 Ilustrando a força de atrito. SAIBA MAIS! Exercícios 1. (Autor, 2019) Sobre uma pista de formato plano e horizontal estão num primeiro momento em repouso, um corpo A e um veículo automotivo. O veículo está atrelado ao corpo por um fio resistente, conforme nos mostra a figura abaixo. Neste sentido, assinale as forças que atuam sobre o corpo a partir do momento em que o veículo automotivo passa a executar o movimento. 10 A descrição geométrica do problema. 2. (Autor, 2019) Como podemos mensurar a intensidade de uma força? 3. (Autor, 2019) É sabido que a força é uma grandeza vetorial, ou seja, para sua plena caracterização devemos ter a sua intensidade, sua direção e seu Em diversas situações do dia a dia, os corpos podem estar sujeitos a diversas forças de modo simultâneo. Entretanto, é interessante substituirmos todas as forças aplicadas em um objeto, por uma única força denominada força resultante. Aqui na verdade, não substituímos as forças que agem por uma única e sim, representamos todas elas, em linhas matemáticas, por um vetor que denota a adição vetorial das forças visualizadas individualmente. A 8 sentido. Assim sendo, qual aparelho é usado para a descrição da intensidade de uma força? Quais as suas características básicas? Gabarito 1. É interessante pontuarmos que iniciamos sempre pelas forças de campo. Assim, temos que o corpo é atraído pela terra, que aplica sobre ele uma força vertical para baixo (no caso a força peso – P). De outro modo, vamos analisar agora as forças de contato. O corpo A possui apenas dois contatos, que são: com o fio e com a pista. Logo, só pode receber 3 forças de contato [tração normal e atrito]. Quando o veículo automotivo se movimenta, aplica sobre o corpo A uma força de tração (T). Além disso, por conta da interação com a pista, o corpo A recebe da mesma uma força de contato (C) que impede a sua penetração na pista, bem como impede ou dificulta o seu escorregamento na mesma. Em muitas situações, é mais prudente descrevermos a componente normal (N), que impede à penetração e a força do atrito (A) que impede ou dificulta o escorregamento. Observe a figura a seguir que nos mostra a descrição de tais forças atuantes no sistema em questão. A descrição geométrica das forças atuantes no sistema do problema. Mantenha na figura apenas o segundo bloco que mostra as forças peso normal tração e atrito, essa composição de forças do primeiro bloco vai confundir o estudante. 2. A intensidade de uma força pode ser mensurada com base na deformação que a mesma provoca em uma mola, podendo ser caracterizada com base em instrumentos próprios e específicos. Assim sendo, a intensidade de uma força é medida pelos dinamômetros que comparecem no mercado com alguns modelos distintos. No texto não tem nada falando de dinamômetro, poderia dar essa reposta falando primeiro que se mede através do dinamômetro e em seguida falar do seu funcionamento através da deformação da mola. 3. Os dinamômetros são os aparelhos usados para a descrição das medidas de forças, sendo usualmente compostos, por uma mola no interior de uma caixa. Assim sendo, uma escala é confeccionada no exterior da caixa, relacionando o valor da força para cada deformação com base emu ma relação matermática específica. 9 Resumo Nesta apostila vimos que um corpo não pode exercer força sobre ele mesmo. Desta forma, para que possamos tirar um corpo do repouso e colocá-lo em movimento é necessário que o mesmo se interaja com outro corpo ou objeto e, obviamente, receba a ação de uma força convenientemente aplicada. Logo, dizemos que uma força é o fruto da interação entre dois corpos ou objetos. Não podemos nos esquecer de que força é uma grandeza vetorial. Grosso modo, o reconhecimento da existência de uma força pode ser comprovado pelos efeitos que a mesma faz nos corpos associados, donde citamos a deformação, a alteração da velocidade e equilíbrio dos corpos. De outro modo, temos algumas tipologias próprias de forças, tais como a força peso, a força de atrito, a força elástica e a força normal, todas elas surgindo de forma natural alicerçadas nas interações básicas que temos, que são: gravitacional, eletromagnética, fraca e forte. 10 Referências bibliográficas ALONSO, Marcelo; FINN, Edward. Física: um curso universitário.São Paulo: Edgard Blucher, 2009. Vol. – 1 CAMPOS, Agostinho Aurélio; ALVES, Elmo Salomão; SPEZIALI, Nivaldo L.. Física experimental básica na universidade. 2. ed.. Belo Horizonte: UFMG, 2008. NUSSENZVEIG, H. M. Curso de Física Básica. 4ª ed. São Paulo: Edgard Blucher, 2002. Vol. 1 RESNICK, Robert; HALLIDAY, David; KRANE, Kenneth.. Física 1. 5. ed.. Rio de Janeiro: LTC, 2008. v. 1 TIPLER, Paul A. Física para cientistas e engenheiros: Volume 1: mecânica, oscilações e ondas, termodinâmica.. Rio de Janeiro: LTC, 1995. v. 1. YOUNG, Hugh D.. Física 1. São Paulo: Addison Wesley, 2008. Referências imagéticas FIGURA 2. https://www.pexels.com/photo/grayscale-photography-of-man-playing-soccer-1736200/. - Acessado em: 05/03/2019 às 11h10. FIGURA 11. https://thenounproject.com/- Acessado em: 05/03/2019 às 11h10.
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