Forças: PESO, ELÁSTICA E ATRITO

A Força Peso

Todos os corpos que possuem massa se atraem. Essa natureza dessa interação é descrita pela Lei da gravitação universal de Newton.

Newton postulou que Força gravitacional é diretamente proporcional ao produto das massas dos corpos e inversamente proporcional ao quadrado da distância que os sepraram. Essa força gravitacional sempre acontece aos pares. A terceira Lei de Newton, que é conhecida como ação e reação, postula que toda ação tem uma reação de mesma intensidade e sentidos contrário. No exemplo de uma pessoa sobre a Terra, a Força gravitacional que a Terra exerce sobre a pessoa é mesma força que a pessoa exerce sobre a Terra. Essa Força é conhecida como força Peso. A pessoa sente-se acelerada para a superfície da Terra, por conta da diferença gritante de massa entre ela e a Terra. Essa diferença promove acelerações de diferente magnitudes nos corpos. Em suma a Força Peso é um par de “ação e reação” aplicada a corpos distintos e seu efeito é diretamente proporcional a massa dos corpos envolvidos.

No senso comum, confunde-se os conceitos de massa e Peso. A ideia de massa está atrelada a ideia de inércia do corpo. Quanto maior a massa, maior a inércia. O Peso é o produto da aceleração que a gravidade produz naquela massa.

O Peso é um exemplo de uma força que atua sobre uma partícula sem que haja contato direto com o agente responsável pela Força (geralmente a Terra). Forças elétricas e magnéticas são exemplos análogos.

A Força Elástica

A Força elástica está relacionada com a deformação dos corpos. Seja um elástico, uma mola, um corpo sólido qualquer, quando aplicamos uma força F nele tende-se a ocorrer tensão e compressão.

Ao estudar as deformações de molas e as forças aplicadas, Robert Hooke (1635-1703), verificou que a deformação da mola aumenta proporcionalmente à força. Daí estabeleceu-se a seguinte lei, chamada Lei de Hooke: F= -kx

Onde:

F: intensidade da força aplicada (N);

k: constante elástica da mola (N/m);

x: deformação da mola (m).

A constante elástica da mola depende principalmente da natureza do material de fabricação da mola e de suas dimensões. Sua unidade mais usual é o N/m (newton por metro) mas também encontramos N/cm; kgf/m, etc.

Observa-se que a Força é proporcional a deformação x, como no gráfico.

Atrito

As forças de atrito são forças dissipativas, que impõem impedância a realização de um movimento. Essa dificuldade imposta ao movimento pode prover da rugosidade elevada de uma superfície (chão) ou da camada de ar (vento) logo afrente da intenção de movimento. Movimento sem atrito são idealizados. Por menor que o atrito seja, ele sempre há de existir. Exemplo, sempre que aplicarmos uma força a um corpo, sobre uma superfície, este acabará parando.

A força de atrito opõe ao movimento; depende da natureza e da rugosidade da superfície (coeficiente de atrito); é proporcional à força normal de cada corpo; transforma a energia cinética do corpo em outro tipo de energia que é liberada ao meio. A força de atrito é calculada pela seguinte relação: F= μ N

Onde:

μ: coeficiente de atrito (adimensional)

N: Força normal (N)

Atrito Estático e Dinâmico

Quando empurramos um carro, é fácil observar que até o carro entrar em movimento é necessário que se aplique uma força maior do que a força necessária quando o carro já está se movimentando.

Isto acontece pois existem dois tipo de atrito: o estático e o dinâmico.

No gráfico ao lado, o atrito estático é o vermelho e ele cresce até um valor máximo. Depois o corpo que o corpo é colocado em movimento o atrito passa ser constante. Veja os detalhes a seguir.

Atrito Estático

É aquele que atua quando não há deslizamento dos corpos.

A força de atrito estático máxima é igual a força mínima necessária para iniciar o movimento de um corpo.

Quando um corpo não está em movimento a força da atrito deve ser maior que a força aplicada, neste caso, é usado no cálculo um coeficiente de atrito estático

Atrito Dinâmico

É aquele que atua quando há deslizamento dos corpos.

Quando a força de atrito estático for ultrapassada pela força aplicada ao corpo, este entrará em movimento, e passaremos a considerar sua força de atrito dinâmico.

A força de atrito dinâmico é sempre menor que a força aplicada, no seu cálculo é utilizado o coeficiente de atrito cinético