O CONCEITO DE FORÇA

1. Força de resistência do ar Força normal Força da gravidade Força de atrito com o solo O CONCEITO DE FORÇA Todos nós temos uma compreensão básica do conceito de força  quando empurramos ou puxamos um corpo exercemos força sobre ele. Nem sempre as forças geram movimento de um corpo. Quando estamos sentados lendo um livro a força gravitacional age sobre o nosso corpo, mas apesar disso permanecemos parados. Podemos empurrar um grande bloco de pedra e apesar disso não conseguir movê-lo. Para a compreensão dos fenómenos macroscópicos é conveniente classificar as forças em Forças de contacto envolve contacto físico entre os objectos. Exemplos : Forças de atrito (com o ar e com o solo) e Força normal Força de campo  não envolve contacto físico entre os objectos: Exemplo: Força de atracção gravitacional É importante observar que a distinção entre forças de contacto e forças de campo não é tão precisa uma vez que a nível atómico aquelas forças classificadas como sendo forças de contacto são devidas a forças eléctricas (forças de campo)

2. RESULTANTE DE FORÇAS A resultante de i forças que agem sobre um corpo é: Exemplo Diagrama de corpo livre isolamos o corpo em questão e colocamos todas as forças externas que agem sobre o corpo.

3. A PRIMEIRA LEI DE NEWTON Aristóteles Antes de 1600 os cientistas acreditavam que os corpos em movimento sobre a Terra tendiam ao repouso se nenhuma força actuasse sobre ele Galileu observou que a natureza de um corpo é de resistir a mudanças em seu movimento No livro "Diálogo a Respeito de duas Novas Ciências", Galileu apresenta o problema do plano inclinado Estudando o movimento de diversos objectos sobre um plano inclinado ele observou que quando um objecto rola de cima para baixo no plano inclinado o objecto esta sujeito a uma aceleração, quando o objecto e lançado de baixo para cima no plano inclinado, o objecto sofre uma desaceleração. Observe a figura abaixo: “O movimento ao longo de um plano horizontal deve ser permanente." A propriedade de um corpo de permanecer em movimento numa linha recta foi chamado por Galileu de LEI DA INÉRCIA

4. Mais tarde Newton formalizou esta observação, que é conhecida como sendo a PRIMEIRA LEI DO MOVIMENTO DE NEWTON “Na ausência de forças externas, um corpo em repouso permanece em repouso e um corpo em movimento permanece em movimento com velocidade constante (com velocidade escalar constante e em linha recta)” Quando não agem forças sobre um corpo a sua aceleração é nula e a velocidade é constante O vector posição é O repousoé apenas o caso particular em que Do ponto de vista da dinâmica, ausência de forças e resultante de forças nula são equivalentes

5. REFERENCIAIS INERCIAIS (DE INÉRCIA) Referencial inercial é um referencial para o qual se uma partícula não está sujeita a forças, então está parada ou se movimentando em linha recta e com velocidade constante. Se um referencial é inercial, qualquer outro referencial que se mova com velocidade constante em relação a ele é também um referencial inercial. Um referêncial inercial é aquele no qual a 1ª lei de Newton é válida Na maioria das situações práticas (pequenos deslocamentos) pode-se considerar uma boa aproximação de referencial, um sistema de referência fixo na superfície da Terra Quando os efeitos de rotação da Terra em torno de seu eixo não são desprezáveis, é necessário escolher outro referencial porque referenciais em rotação não são inerciais Neste caso um referencial em repouso em relação às estrelas distantes (“fixas”) é a melhor escolha de um referencial inercial.

6. Referenciais não inerciais Num carro movendo-se para frente com aceleração constante, os passageiros têm a impressão de estarem sendo acelerados para trás. Para um observador dentro do carro, a causa da aceleração para trás é desconhecida.

7. Se o carro estiver com uma velocidade v rectilínea e uniforme você verá que o peso P estará sempre pendurado na vertical Se você acelerar num trecho recto da estrada, aparecerá uma aceleração que empurrará o peso P para trás ou seja na direcção oposta à aceleração do carro

8. MASSA INERCIAL A massa inercial é a medida da resistência de um corpo a uma mudança no movimento em resposta a uma força externa Quantificamos essa resistência como a massa do corpo É mais fácil arremessar uma bola de basquete ou uma bola de ténis ? A bola de basquete tem mais massa inercial que a bola de ténis, portanto é mais difícil modificar o movimento da bola de basquete

9. A SEGUNDA LEI DE NEWTON Quando exercemos uma força horizontal sobre um bloco de madeira que se encontra numa superfície horizontal sem atrito, o bloco se desloca com uma aceleração A experiencia mostra que se aplicarmos uma força duas vezes maior, a aceleração duplica e se aplicarmos uma força 3 vezes maior a aceleração triplica

10. As observações referidas anteriormente (massa inercial e o exemplo anterior) estão resumidas na SEGUNDA LEI DE NEWTON “A aceleração de um corpo é directamente proporcional à força resultante que age sobre ele e inversamente proporcional a sua massa” onde é a força resultante A segunda Lei de Newton na forma matemática é Válida apenas quando a massa do corpo permanece constante. Para situações em que a massa muda com o tempo temos que utilizar a forma alternativa da 2ª lei de Newton onde se utiliza o momento linear (ou quantidade de movimento) Unidade do momento linear no SI: kg m/s Unidade de força no SI: Assim a segunda Lei de Newton é O efeito da força sobre um corpo é mudar a quantidade de movimento desse corpo

11. A SEGUNDA LEI DE NEWTON E O REFERENCIAL INERCIAL Tal como formulada ( ), a segunda lei de Newton é válida apenas em referenciais inerciais. Em referenciais não inerciais ela deve sofrer correções. Observadores em dois referenciais inerciais concordam entre si sobre a resultante de forças agindo sobre o corpo e sobre sua aceleração. Neste caso a força é o peso da bola

12. A SEGUNDA LEI DE NEWTON E REFERENCIAIS NÃO INERCIAIS

13. Exemplo 15. Calcular a tensão nos fios e a aceleração dos blocos. Não há atrito entre o bloco e a superfície. Os fios e a roldana são ideais. Bloco 1 (1) x y Bloco 2  (2) , igualamos (1) e (2)  Como