Texto: Tipos de Forças

Tipos de Forças

Sempre que necessitamos alterar o estado de movimento de um corpo ou alterar a forma de um objeto, precisaremos de uma força para isso. Existem diversas forças diferentes que serão estudadas durante o curso de física no ensino médio, entretanto, existem quatro delas que são muito corriqueiras, fazem parte da maioria dos eventos de nosso dia a dia, são essas quatro forças que serão estudadas neste tópico.


Força Peso (P)

Como todas as forças, o peso também é vetor, sua direção é sempre vertical e o sentido sempre aponta para o centro do planeta, ou seja, para baixo. A respeito da força peso, temos um hábito errado de uso muito comum; quando alguém pergunta seu peso, você responde com sua massa. 
Quem nunca passou por uma conversa assim:

— Quanto é que você está pesando?

— Eu estou com 60 kg.

É o habitual e as pessoas ficam felizes com a resposta obtida, mas 60 kg corresponde ao valor da massa da pessoa; as balanças que usamos para nos pesar já vêm com a indicação em kg, que são unidades de massa. O que seria, então, o peso?

É uma atração existente entre a massa do planeta e a massa do corpo em questão. Calcula-se o peso pelo produto massa x aceleração da gravidade, #P=m.g#. A unidade para a medida do peso ou de qualquer força no SI é kg.m/s 2 = newton (N). Como consideramos a aceleração da gravidade igual a 10 m/s 2 , para saber o peso de um corpo, basta multiplicar sua massa por 10, por exemplo, se sua massa é de 60 kg, seu peso é de 600 N. Imagine, agora, alguém que não entende de física perguntando seu peso e você respondendo que é de 600 N; a pessoa provavelmente falará algo assim: “Nooooossa, não parece”.


Natureza de uma força

De acordo com a física clássica, que é esta que estamos estudando, uma força pode ser de duas naturezas distintas: de contato e de campo. Você pretende apanhar um objeto que caiu no chão. Por mais que se concentre, ele não virá espontaneamente até sua mão, você deve abaixar e segurá-lo, aí, sim, poderá conduzi-lo até onde quiser. As forças que somos capazes de fazer são forças de contato, se não houver contato, não existirá força, por maior que seja sua capacidade de concentração. Agora, vejamos a força peso. Ela é uma força gerada pela Terra sobre o corpo, quando atiramos um objeto para cima, o peso o faz retornar, no entanto, ele não estava encostado no planeta, o peso é uma força de campo; não necessita de contato para existir, basta que o corpo em questão esteja dentro do campo de gravidade da Terra. Um detalhe importante é que uma força de contato atua no local onde os corpos se tocam, mas o peso atua no centro de massa do corpo, que é, no caso do corpo humano, um ponto bem próximo ao umbigo. 
  • Forças de campo: existem três conhecidas: o peso, a força elétrica e a força magnética.
  • Forças de contato: são todas as outras que conhecemos.


O quilograma-força (kgf)

Outra medida de força bastante comum é o kgf quilograma-força. 1 kgf é o peso de um corpo de massa igual a 1 kg. O valor expresso nas balanças deveria ser kgf e não kg, que é medida de massa. Se sua massa é de 60 kg, seu peso é de 60 kgf. Considerando a gravidade igual a 
10m/s 2, 1 kgf = 10 N.


Força Normal (N)

Na matemática, dizemos que uma reta é normal quando ela forma um ângulo de 90° com uma superfície, de maneira análoga, dizemos que uma força é normal quando ela for perpendicular a um plano ou superfície. Veja só: se o peso é uma força que o puxa para baixo, por que você não afunda Terra adentro? Porque o solo faz em seus pés uma força normal, vertical para cima, oposta ao peso, e as duas anulam-se.


Condição de existência de uma força normal.

A força normal surge sempre que um corpo sólido toca em outro corpo sólido. Esta é a razão pela qual não podemos caminhar sobre as águas, pisando na água que não é sólida, não haverá uma normal para neutralizar o peso e você vai afundar.


Tensão ou Tração (T)

É uma força que surge sempre que uma corda for solicitada. Ela só serve para puxar e sempre puxa nas duas pontas com a mesma intensidade. Quando vai passear com seu cão preso à guia, você pode puxá-lo, mas nunca empurrá-lo. A mesma força que a guia faz puxando seu cão para trás, ela faz, também, na outra ponta, puxando sua mão para frente.


Quantas pontas têm uma corda?

No mínimo, duas, mas pode ter bem mais do que isso. Veja esta corda do desenho a seguir.
 
 
Quantas pontas ela tem?

Fisicamente falando, tem quatro.
 
 
Se for solicitada por uma força qualquer, haverá uma tensão puxando cada ponta.
 
 
Este é um recurso muito utilizado pelas pessoas para levantar objetos muito pesados sem fazer muita força. Aquela roldana por onde passa a corda é uma polia, elas podem ser utilizadas para reduzir a força necessária para realizar uma tarefa. Veja o caso a seguir.

Que força devemos fazer na corda para erguer o objeto preso à polia de baixo? Deve ser, no mínimo, igual ao peso do corpo.
 
 
Como uma corda sempre puxa em todas as pontas com a mesma intensidade, pode-se concluir que na outra extremidade da corda a tensão será a mesma.
 
 
Observe a polia de baixo. Para mantê-la em equilíbrio, as tensões na corda de cima devem neutralizar a força que a puxa para baixo, logo, a tensão naquela corda é a metade do peso.
 
 
Como, na mesma corda, sempre existe a mesma tensão, conclui-se que:
 
 
A força necessária para erguer um corpo de peso P com o arranjo de polias abaixo é metade do peso do corpo.
 

Atrito

Mais tarde, a força de atrito merecerá um tópico especial, por enquanto, basta-nos saber que em superfícies que não são perfeitamente lisas, existe atrito, que é uma força oposta ao movimento ou à tendência de movimento de um corpo; quando se empurra um objeto para frente, o atrito puxa para trás, e se o empurramos para trás, o atrito empurra-o para frente. O atrito também é mais intenso em casos em que a normal é maior. Imagine você puxando uma cadeira. Terá que fazer uma força que seja suficiente para vencer o atrito; note que o atrito aparece onde a cadeira se esfrega no solo, então, alguém se instala sobre a cadeira: ficará mais fácil ou mais difícil empurrá-la? Obviamente, será muito mais difícil, o atrito ficará maior pelo fato de a normal que atua nos pés da cadeira ter aumentado. Agora, experimente arrastar a cadeira em um piso bem polido. Moleza, não é? Tente, agora, em um piso de cimento grosso. Vai ser bem mais difícil. A natureza das superfícies em contato também influencia na força de atrito. A respeito dessa superfície, foi criado um fator chamado coeficiente de atrito (µ), que é maior em superfícies ásperas e menor em superfícies lisas. Tendo isso em vista, tem-se que:

#{{F}_{at}}=\mu .N#. A força de atrito depende da natureza das superfícies em contato e da força normal.
 

O cabo de guerra

Quem vence um cabo de guerra? 
 

É o lado mais forte? Não! Como se trata de puxar uma corda, a força sempre será a mesma de ambos os lados, logo, não vence o lado mais forte. Vence o lado que não se deixa arrastar, mas, se algo vai ser arrastado ou não, é uma questão de atrito; vence o lado em que o atrito for maior. Se for uma prova justa, o piso será o mesmo de ambos os lados, fazendo com que o coeficiente de atrito seja igual, como #{{F}_{at}}=\mu .N#, vencerá o lado em que a normal for maior. Como a prova é disputada no plano, a normal em módulo será igual ao peso, logo, vencerá o lado em que as pessoas forem mais pesadas. 
 

Exercícios Resolvidos

1) ( UFTM) Preparando-se para a montagem de um aquecedor solar compacto, o instalador pôde experimentar um pequeno momento de aflição ao ver que, por alguns instantes, o aparelho, ainda apenas apoiado sobre as telhas, começara a escorregar. Por sorte, e devido ao atrito, o conjunto parou sua descida pelo telhado.
 
Sendo P, F e N, respectivamente, a força peso, a de atrito e a normal, e sendo o ponto C o centro de massa do aquecedor solar, dos esquemas de vetores representados, aquele que melhor representa a situação de equilíbrio estático do conjunto é:

Resolução

Tudo o que tem massa tem peso, este é sempre vertical para baixo. Como existe uma tendência de deslizar para baixo, haverá um atrito para cima na direção contrária ao possível movimento e, como está encostado em um telhado, sólido, haverá uma norma, como sempre, perpendicular à superfície. Logo a resposta correta é a letra a.

2) ( UFV) Um homem equilibra verticalmente um bloco, comprimindo-o contra uma parede, conforme ilustra a figura a seguir. Assinale a alternativa que pode representar as forças que sobre o bloco atuam:
 
 
Existe peso, sempre vertical para baixo, duas normais, uma da parede, outra da mão do homem, e um atrito oposto à tendência de descer do corpo. 
 

Em Resumo

  • Tudo o que tem massa tem peso. Ele é sempre vertical para baixo e atua no centro do corpo.
  • Quando um corpo sólido encosta-se a outro sólido, aparece uma força normal, que é sempre perpendicular à superfície.
  • Sempre que uma corda for solicitada, terá uma tensão que será igual em todas suas pontas e sempre no sentido de puxar.
  • Quando um corpo movimenta-se e a superfície não é perfeitamente lisa, aparecerá uma força oposta ao movimento, chamada atrito.
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