TRÊS FORÇAS ⚡ FUNDAMENTAIS
Gravitacional, Elástica e de Atrito - Compreenda as forças que moldam nosso mundo
🔧 Forças são interações que podem alterar o estado de movimento ou deformar corpos. Entre as muitas forças existentes, três são especialmente importantes na mecânica clássica:
Simulador de Forças
As Três Forças Fundamentais
Onde:
P = Peso (N)
m = Massa (kg)
g = Aceleração da gravidade (m/s²)
Características
O peso é a força com que a Terra atrai os corpos. É uma força de campo que:
Sempre vertical
Sentido para o centro da Terra
Varia com a altitude
g = 9,8 m/s² (nível do mar)
g = 1,6 m/s² (Lua)
Massa (kg): quantidade de matéria
Peso (N): força gravitacional
Valores de g em Diferentes Corpos Celestes
Uma pessoa de 70 kg viaja para a Lua. Calcule:
- Seu peso na Terra (g = 9,8 m/s²)
- Seu peso na Lua (g = 1,6 m/s²)
Solução:
1) Na Terra: P = m·g = 70 × 9,8 = 686 N
2) Na Lua: P = m·g = 70 × 1,6 = 112 N
A massa (70 kg) é a mesma, mas o peso é 6 vezes menor na Lua!
Onde:
Fel = Força elástica (N)
k = Constante elástica (N/m)
x = Deformação (m)
(-) = Força restauradora (sentido oposto à deformação)
Comportamento Elástico
Acima deste ponto, o material não volta ao formato original (deformação plástica)
Sempre tenta levar o sistema de volta à posição de equilíbrio
Onde:
Fat = Força de atrito (N)
μ = Coeficiente de atrito (adimensional)
N = Força normal (N)
Tipos de Atrito
Coeficientes de Atrito Típicos
Um carro de 1200 kg trafega a 72 km/h (20 m/s) quando freia bruscamente em uma pista de asfalto seco (μc = 0,7). Calcule:
- A força de atrito durante a frenagem
- A aceleração de frenagem
- A distância de frenagem até parar
Solução (g = 10 m/s²):
1) N = P = m·g = 1200 × 10 = 12000 N
Fat = μ·N = 0,7 × 12000 = 8400 N
2) a = Fat/m = 8400/1200 = 7 m/s²
3) v² = v₀² + 2aΔS → 0 = 20² + 2×(-7)×ΔS
ΔS = 400/14 ≈ 28,6 metros
Comparação das Forças
| Força | Natureza | Direção | Depende de | Exemplo Prático |
|---|---|---|---|---|
| Peso (Gravitacional) | De campo (ação à distância) | Vertical para baixo | Massa e gravidade local | Queda de objetos |
| Elástica | De contato (deformação) | Oposta à deformação | Constante elástica e deformação | Molas, elásticos |
| Atrito | De contato (superfícies) | Oposta ao movimento/ tendência | Normal e coeficiente de atrito | Frear, caminhar |
Aplicações Integradas
Equilíbrio em Molas Verticais
No equilíbrio: m·g = k·Δx
Onde Δx é a deformação da mola
Uma massa de 2 kg é pendurada em uma mola vertical de constante elástica k = 200 N/m. Qual a deformação da mola? (g = 10 m/s²)
Solução:
P = m·g = 2 × 10 = 20 N
Fel = k·Δx = 200·Δx
No equilíbrio: 20 = 200·Δx
Δx = 20/200 = 0,1 m = 10 cm
A mola se estica 10 cm.
Decomposição do Peso
Px: causa o deslizamento
Py: comprime o plano (N = Py)
FR = Px - Fat
Fat = μ·N = μ·Py
Quando Px = Fat est máx
tanθ = μe
Síntese: Estas três forças fundamentais explicam a maioria dos movimentos cotidianos. O peso nos mantém no chão, a força elástica permite dispositivos de medição e amortecimento, e o atrito possibilita caminhar, frear veículos e segurar objetos. Juntas, elas formam a base para entender sistemas mecânicos complexos.
Dominar o cálculo e aplicação dessas forças é essencial para engenharia, arquitetura, esportes e praticamente todas as atividades humanas que envolvem movimento e equilíbrio.
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