ESTUDO PARA CIÊNCIAS - FÍSICA

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FÍSICA – Leis de Newton e suas aplicações 
O que é força? 
Força é o agente da dinâmica responsável por alterar o estado de repouso ou movimento de um corpo. Quando se aplica uma força sobre um corpo, esse pode desenvolver uma aceleração, como estabelecem as leis de Newton, ou se deformar. As forças são grandezas vetoriais que, portanto, precisam ser definidas de acordo com seu módulo, direção e sentido. O módulo de uma força diz respeito à sua intensidade; a direção diz respeito às direções nas quais as forças se aplicam (horizontal e vertical, por exemplo); cada direção, por sua vez, apresenta dois sentidos: positivo e negativo, esquerda e direita, para cima e para baixo etc.
Unidade de medida da força 
No SI (Sistema Internacional de Unidades) a unidade de força que adotamos é chamada newton (N). Uma força de 10 newtons é aproximadamente igual à força que a Terra faz atraindo um corpo de 1kg para o seu centro, estando ele no nível do mar e próximo ao Equador terrestre. Ou ainda podemos pensar que é a força que precisaríamos exercer para sustentar esse mesmo objeto de 1kg.
É bem comum usarmos também a unidade de medida kgf (lê-se quilograma-força). De uma forma geral, usamos 1 kgf = 10N. 
Representação de uma força 
Uma grandeza física é tudo aquilo que pode ser medido. Trabalhamos com grandezas escalares e grandezas vetoriais. 
Grandezas escalares: ficam bem definidas com o seu módulo (valor numérico e unidade de medida). Por exemplo, quando dizemos que uma aula dura 50 minutos, que José pesa 60 kg ou que Bruno tem 180 cm de altura, estamos informando as grandezas escalares tempo, massa e comprimento, respectivamente. 
Grandezas vetoriais: são mais complexas pois além do módulo, necessitam de três características para ficarem bem definidas:
	- Módulo (valor numérico e unidade de medida)
	- Direção (linha reta sobre a qual a grandeza se orienta)
	- Sentido (orientação)
Outros exemplos de grandezas vetoriais são velocidade e aceleração.
Para se representar um vetor, utilizamos um segmento de reta orientado, como na figura a seguir:
O tamanho do vetor representa o módulo, de forma que quanto maior o seu comprimento, maior o seu módulo. 
Forças atuando juntas 
Quando duas ou mais forças atuam sobre um corpo, podemos substituí-las por uma única força que cause o mesmo efeito, a qual chamaremos de força resultante. 
Forças de mesmo sentido: Quando forças possuem o mesmo sentido, a força resultante (Fr) terá seu módulo igual à soma dos módulos das forças. No caso do exemplo abaixo, se F¹ = 20N e F² = 30N, a força resultante será Fr = 50 e terá o mesmo sentido das forças 1 e 2.
Forças de sentidos opostos: Quando as forças possuírem sentidos opostos, a força resultante (Fr) terá o seu módulo igual à subtração dos valores das forças, sempre subtraindo a menor força da maior. No caso desse exemplo, se F¹ = 30N e F² = 20N a força resultante será Fr = 10N e terá o sentido maior da força. 
Forças perpendiculares: Quando as forças forem perpendiculares entre si, a força resultante (Fr) terá seu módulo dado pelo Teorema de Pitágoras. Observe o desenho abaixo.
Para obter o desenho da força resultante, desenhamos as forças F¹ e F² a partir de um mesmo ponto e traçar retas paralelas a cada um dos vetores. A resultante será a diagonal do paralelo formado.
Dessa forma, podemos obter o módulo da força resultante pela expressão:
1° Lei de Newton – Inércia 
	A primeira lei de Newton é uma interpretação diferente da ideia de inércia, mas usando o conceito de força. Se a resultante das forças que atuam sobre um corpo for nula, este irá mante o seu estado de equilíbrio, ou seja, ficará em repouso, se inicialmente parado, ou em MRU, caso esteja em movimento. Quando dizemos que um corpo ficará naturalmente em repouso, a não ser que sofra ação de forças externas, não há questionamentos sobre isso, mas a segunda parte da Lei da Inércia costuma causar um pouco de confusão, pois é completamente não intuitiva. 
	É importante perceber que repouso e MRU são situações nas quais a velocidade de um corpo é constante, e em todas elas, a resultante das forças que atuam sobre ele será zero. Podemos também dizer que, quando a velocidade de um corpo é constante, ele está em equilíbrio. 
Por exemplo, na situação em que um carro que se move freia bruscamente, sentimos nosso corpo ser projetado para a frente, tendendo a sair do carro, e isso acontece também por conta da inércia. A tendência natural do corpo seria seguir em MRU e ir para fora do carro. Por isso é importante usarmos cinto de segurança, pois, quando uma força é aplicada, ele nos segura dentro do veículo. 
2° Lei de Newton – Lei Fundamental da Dinâmica 
A segunda lei de Newton diz o que acontece quando a resultante de forças sobre um corpo for diferente de zero. Isso quer dizer que, ao somarmos vetorialmente todas as forças, sobrará alguma quantidade. 
O enunciado da segunda lei diz:
“A aceleração adquirida por um objeto é proporcional à força resultante atuando sobre ele, tem o mesmo sentido que está força e é inversamente proporcional à massa do objeto”
	É fácil entendermos o que isso quer dizer. Ao empurrarmos um objeto, este está sob a ação de uma força resultante diferente de zero e irá acelerar. Caso dobremos o valor da força aplicada, o objeto ganhará velocidade duas vezes mais rápido, isso quer dizer que sua aceleração também irá dobrar. Quanto maior a força aplicada, maior a aceleração desenvolvida pelo corpo.
	Agora, em uma situação que você empurra uma criança em um carrinho de brinquedo. Ela começa a ganhar velocidade, a acelerar. Entretanto, substitua essa criança por um adulto de maior massa e aplique exatamente a mesma força da situação anterior. O corpo ganhará velocidade mais lentamente e irá adquirir uma aceleração de menor intensidade. Se o adulto tiver o dobro da massa, a aceleração irá, portanto, reduzir a metade. Quanto maior a massa, mais o corpo resiste a variações na sua velocidade, e mais difícil é acelerar o corpo. Podemos dizer que quanto maior a massa do corpo, maior a sua inércia. Podemos sintetizar o que foi descrito pela fórmula:
Sendo:
	F – força resultante, em newtons (N)
	m – massa, em (kg)
	a – aceleração, em metros por segundo ao quadrado (m/s²)
A direção e o sentido da aceleração produzida pela força resultante são os mesmos da força.
- Se a força atua no mesmo sentido que o movimento do corpo, este irá ganhar velocidade: é o que chamamos de movimento acelerado.
- Se atuar no sentido oposto ao do movimento, a força causará uma aceleração contrária à velocidade e o corpo freará, que é o que chamamos de movimento retardado.
- Se a força possuir direção perpendicular ao movimento, ela causará uma aceleração que também será perpendicular ao movimento. Neste caso, o efeito não é de ganhar ou perder velocidade, mas sim de causar uma curva na trajetória do corpo. Sendo assim, dizemos que a força resultante é centrípeta, pois estará apontando para o centro da trajetória descrita pelo corpo. A aceleração causada também será chamada de centrípeta, pelo mesmo motivo. 
3° Lei de Newton – Ação e reação 
A terceira lei de Newton, conhecida como ação e reação, nos diz que as forças da natureza sempre aparecem aos pares. 
O enunciado da lei da Ação e Reação diz:
“Sempre que um corpo exerce uma força sobre outro, este exerce instantaneamente uma força igual e oposta sobre o primeiro”
As forças são uma interação entre dois corpos, alguém realiza e alguém recebe. A terceira lei nos diz que, na verdade, as forças sempre aparecem na natureza aos pares. Por exemplo, quando você chuta uma bola, ela reage e realiza uma força no seu pé; ao caminhar empurramos o chão para trás e, ao mesmo tempo, o chão reage e nos empurra para a frente. 
As forças que formam os pares de ação e reação possuem as seguintes características:
- Módulos iguais
- Direções iguais
- Sentidos opostos
- Atuam em corpos diferentes: quem faz a ação sofre a reação, portanto, não podem se anular. 
Força / Reação normal 
Sempre que um corpo está apoiado sobre uma superfície,temos uma interação entre os dois corpos, o que faz com que apareça um par de ação e reação. Por exemplo, ao segurar um objeto com as mãos, temos uma força feita pela mão no objeto, para sustenta-lo, e uma feita pelo objeto sobre a mão, que a comprime. A Força Normal é sempre perpendicular à superfície de contato e contrária à compressão na superfície. 
Atenção: a força normal nem sempre terá o mesmo valor do peso do corpo apoiado sobre a superfície. 
	Se o corpo estiver apoiado livremente na superfície e em repouso, a normal e o peso terão mesmo valor. Agora, imagine que alguém está pressionando um livro contra uma mesa. A compressão sobre a superfície será a soma do peso do objeto com a força feita pela pessoa e, consequentemente a normal também terá esse valor. 
	Lembrando que, para um objeto ficar em repouso, a resultante das forças sobre ele deve ser nula, como dito na 1° Lei de Newton. 
 N = P + F 
Força de Atrito 
A força de atrito é o que nos permite caminhar sobre uma superfície, mantém um carro em repouso em uma ladeira, escrever com um lápis em um papel. É também a responsável por fazer corpos que estão em movimento perderem a sua energia cinética e serem levados em repouso. 
Toda superfície, por mais que pareça muito lisa e polida, sempre terá várias irregularidades, e estas oferecem resistência ao movimento de um corpo sobre a superfície em questão. O atrito é uma força que se opõe ao movimento ou à tendência de movimento de um corpo e existe por causa da irregularidade entre as superfícies dos corpos.