Física, Mecânica, Estática

Estática ==> Força.

Para começarmos o estudo de estática, é imprescindível começarmos pela definição de força. Todos temos uma noção intuitiva de ssa grandeza, pois a usamos a todo momento em nosso dia a dia. O exemplo mais comum é a nossa força muscular, que usamos para executar um sem número de tarefas e também para nos mover de um lugar para outro. Podemos usar ess força também para movimentar uma bicicleta, empurrar ou puxar um carrinho, girar uma manivela e o que sempre aparece como resultado da aplicação de nossa força?

Fácil é responder a essa pergunta. No caso da bicicleta produzimos o movimento de suas rodas, aumentamos sua velocidade, ou fazemos a mesma parar, aplicando uma força contrária por meio do sistema de freios. O carrinho também sai do repouso e se desloca sob a ação de nossa força. A manivela gira acionando algum outro mecanismo. Também podemos aplicar a força a um dispositivo elástico como uma mola ou tira de borracha. Ali a consequência será uma deformação por tração ou compressão. Vamos tentar encontrar uma definição que se adapte a todas essas situações e outras mais quFe não citamos.

Força é tudo aquilo capaz de alterar o estado de movimento, ou forma de um corpo.

É uma definição curta e que alcança todos os efeitos que uma força pode produzir. Assim sendo, se não for a definição perfeita, ela serve para a finalidade que temos em mente aqui.

A que grupo de grandezas a força pertence? É vetorial ou escalar?

Basta que olhemos para os exemplos citados acima e veremos que o efeito da força depende do módulo, ou intensidade,  da direção  e sentido em que age, além do ponto em que é aplicada. Dai se concluí que uma força é grandeza vetorial. 

Força é uma grandeza vetorial.

Vimos que existe uma outra classificação das grandezas: fundamentais e derivadas.

No estudo dos sistemas de unidades, não vimos nenhuma unidade de força entre as fundamentais. Podemos concluir que a força é uma grandeza derivada.

No SI – Sistema Internacional de Unidades a força é medida na unidade newton (N), em homenagem à Sir Isaac Newton, que estabeleceu as leis da dinâmica clássica.

OBS.: Cabe aqui fazer uma observação. Todas as unidades são abreviadas com letras minúsculas, exceto aquelas que representam nomes próprios de expoentes destacados da física. Quando a escrevemos por extenso, usamos letras minúsculas, somente na abreviação vai maiúscula.

E 1,0 N é capaz de fazer o quê?

Denominamos newton a força que, aplicada sobre um corpo de massa 1,0 kg, produz nesse uma aceleração de 1,0 m/s². 

Essa definição provém da 2ª Lei de Newton que pode ser traduzida pela fórmula:

                                                      $$\begin{align} F & = m \cdot a \end{align} $$

No sistema inglês, chamado de sistema técnico, a força é medida em quilograma-força (kgf) e corresponde à força com que a Terra atrai a massa de 1,0 kg ao nível do mar. Veremos no estudo da dinâmica por que:  1,0 kgf = 9,8 N.

Num sistema, hoje em desuso, CGS, (centímetro, grama, segundo), a unidade de força é o dina(dyn)). Pelas relações entre o metro e centimetro, grama e quilograma, podemos mostrar que:          $$\begin{align} 1,0 N & = 1,0\cdot{10}^5 dyn \end{align}$$

Não podemos explicar tudo ao mesmo tempo e para o objetivo do momento, saber os nomes e as relações entre as unidades é bastante. Os pormenores serão vistos no momento de estudar o capítulo da dinâmica.

Vamos exercitar um pouco as relações entre as unidades de força:

1) Um exercício nos informa que um corpo sofre a ação de 5 kgf, mas temos que resolvê-lo no sistema SI. Como iremos proceder?

Vimos acima que:                        1,0 kgf  = 9,8 N, então;

                                                         5,0 kgf =    x

Formamos uma proporção, de onde tiramos:    $$\begin{align} {1,0}\cdot x & = {5,0}\cdot {9,8} \end{align} $$

                                                                                     $$\begin{align} {x} & = {49,0} N \end{align}$$

Ou então se nos for informado que um corpo está sob a ação de uma força de

$${3,0}\cdot {10}^7 dyn $$ e mas a massa é medida em kg e devemos resolver o problema no SI. Precisaremos transformar a força da unidade dyn para N. Temos que:

$$ \begin{align} {1,0} N & = 1,0\cdot {10}^5 dyn \end{align} $$

Então:    $$ \begin{align} x = {3,0}\cdot {10}^7 dyn \end {align} $$

Resulta que:    $$ \begin{align} {1,0}\cdot{10}^5 \cdot x & = 1,0\cdot {3,0}\cdot {10}^7\end{align}$$

$$ \begin{align} x & = \frac {{3,0}\cdot {10}^7}{{1,0}\cdot {10}^5} \\& = {3,0}\cdot {10}^{7-5} & =  {3,0}\cdot {10}^2 \\& = 300,0 N\end{align} $$

E poderemos trabalhar a partir desse ponto considerando a força com o valor de 300,0 N

Vamos exercitar um pouco, antes de seguir em frente?

Transforme as forças dadas para a unidade indicada.

1. 98,0 kgf = ………………N          2. 49,0.10³ N = ……………..kgf          3. 245,0 kgf = …………….N

4. 5,0 N = ………………dyn      5.  7,5. 10³ dyn = ……………..N         6. 4,2. 10² dyn = ……………..N

Na natureza e mesmo em algum experimento que estejamos realizando, raramente teremos um corpo sob a ação de uma única força. Em geral são várias. A todas as forças que atuam sobre um mesmo corpo ao mesmo tempo, denominamos  sistema de forças. Cada uma das forças é uma componente do sistema.

Sistema de forças é um conjunto de duas ou mais forças atuantes simultaneamente sobre um mesmo corpo. 

Daí decorre que, se quisermos analisar o comportamento do corpo sob a ação do sistema teremos que determinar a força resultante.

Resultante de um sistema de forças é uma única força que produz no corpo o mesmo efeito do sistema.

A determinação da resultante passa pelo uso da adição de vetores, pois a força é uma grandeza vetorial. Dessa forma, a força resultante será determinada pela adição vetorial das forças componentes do sistema. Vamos aplicar a adição de vetores que vimos anteriormente.

Vamos começar com forças de mesma  direção e sentido. Sejam as forças horizontais

$$\begin{align} F_1 &= 7,0 N \end{align} $$ $$\begin{align} F_2 & = 3,0 N \end{align}$$

Forças de mesma direção e sentido.

Sistema de duas forças de mesma direção.

 $$\begin{align} F_R & = {F_1 + F_2 }\end{align} $$

 

$$\begin{align} F_R & = {7,0 + 3,0 }\end{align} $$

 

$$\begin{align} F_R & = 10,0 N \end{align} $$

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Agora vejamos um sistema de duas forças de mesma direção e sentidos opostos.

$$\begin{align} F_1 & = 5,0 N \end{align} $$

$$\begin{align} F_2 & = – 12,0 N \end{align} $$

Forças de mesma direção e sentidoss opostos.

Sistema de duas forças de mesma direção e sentidos opostos.

Veja a figura.

 

 

 

$$\begin{align} F_R & = {F_1} + {F_2} \end{align} $$

$$\begin{align} F_R & = 5,0 + {-12,0} \end{align} $$  $$\begin{align} F_R & = 5,0 – 12,0 \end{align}$$

$$\begin{align} F_R & = – 7,0 N\end{align} $$

A força resultante leva sinal (-) por ter sentido da direita para esquerda.

Facil não é verdade? Na próxima matéria vamos falar de coisas mais complexas.

Décio Adams

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