Física

O que é força na física? Entenda o assunto com a definição, exemplos, fórmulas e os tipos!

O que é Força na física e quais são suas característicasO que é Força na física e quais são suas características?

Força é o agente que pode mudar o estado de um corpo, ou seja, tirá-lo de um movimento ou movê-lo. Ela também é uma grandeza vetorial: possui módulo, direção e sentido. Para entender o que é força na física, precisamos estudar os diferentes tipos de forças e suas fórmulas: força atrito, força peso, força resultante, força elétrica…

Neste artigo sobre o que é força na física, você encontrará:

  1. O que é força na física: conceito, características, unidade de medida 
  2. Quais são os efeitos da força e áreas da física que usamos isso
  3. Quais são as forças da física e suas fórmulas
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Qual é o conceito de força na Física?

Na física, a força é definida como o agente que pode alterar o movimento ou o repouso de um corpo. Isso significa que ela causa uma mudança no estado das coisas. 

A definição é bem ampla porque cada tipo de força é representada por uma fórmula diferente, que varia dependendo da análise. Nos próximos tópicos, veremos quais são os tipos e as fórmulas.

Características gerais das forças na física

Todas as forças na física são definidas como grandezas vetoriais. Isso significa que elas possuem três características básicas: módulo, direção e sentido

  • Módulo: corresponde à intensidade da força, ou seja, o seu valor numérico
  • Direção: é a própria direção em que o corpo se move ou que a força atua. Pode ser na horizontal ou vertical
  • Sentido: equivale ao lado onde a força é aplicada. Cada direção possui dois sentidos: esquerda e direita quando falamos em horizontal, positivo e negativo quando falamos em vertical. 

Todos os vetores são definidos com essas três características ao mesmo tempo, é como a composição do “nome completo” deles, permitindo sua identificação e diferenciação dos outros. O mesmo acontece com as forças!

Unidade de medida da força e Leis de Newton

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A ciência é algo desenvolvido em todo o mundo. Para compartilhar as descobertas e todos se ajudarem, é preciso que falem a mesma língua. Por isso, criou-se um sistema internacional de unidades. O valor do dinheiro muda em cada país, mas o das forças não!

De acordo com o Sistema Internacional de Unidades, a força sempre será medida em kg.m/s² . Essas unidades indicam que se trata de massa (kg) multiplicado pela aceleração (m/s²).

Essa unidade veio como resultado da fórmula, e a fórmula foi descoberta pelo cientista Isaac Newton. Ele dedicou a sua vida a estudar como as forças funcionam e fez várias descobertas. Por esse motivo, o mundo concordou em resumir a unidade e chamá-la apenas de N (newton). 

  • N e kg.m/s² são a mesma coisa, um é o nome oficial e o outro é o apelido!

Nós temos um artigo específico sobre as Leis de Newton, uma matéria que cai muito nos vestibulares! Mas vamos colocar um resuminho aqui para você saber o que deverá estudar e encontrar neles:

Os dispositivos utilizados para medir forças são chamados de dinamômetros – molas de constantes elásticas conhecidas que se esticam à medida que alguma força é aplicada sobre elas.

  • 1ª lei de Newton ou lei da inércia: caso nenhuma força atue sobre um corpo ou elas se anulem, esse corpo pode estar em repouso ou em movimento retilíneo e uniforme.
  • 2ª lei de Newton ou princípio fundamental da dinâmica: afirma que a força existente sobre um corpo é igual à massa desse corpo multiplicada pela aceleração que ele sofre. Nessa lei que a fórmula f = m.a foi criada!
  • 3° lei de Newton ou lei da ação e reação: afirma que as forças sempre surgem em pares. Assim, se um corpo A faz uma força sobre um corpo B, o corpo B produz sobre uma força igual só que no sentido oposto. O par ação e reação nunca poderá ocorrer em um mesmo corpo, é ação de um corpo sobre o outro e vice-versa.

Quais são os possíveis efeitos de uma força na física?

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Como a força é quem altera o estado de um corpo, os seus possíveis efeitos são causar uma deformação ou variar a velocidade gerando aceleração. Porém, existem outras variações dentro de cada uma das duas possibilidades:

  • Variar a velocidade: causa uma aceleração

Se o corpo estava em repouso, a força é capaz de colocá-lo em movimento. Mas se ele já estiver em movimento, a força pode alterar sua velocidade para maior ou menor, até parar.

O módulo da velocidade irá variar quando a força for aplicada na mesma direção do vetor velocidade, ou seja, irá aumentar ou diminuir o valor do movimento que já existia. 

A direção da velocidade irá variar quando a força aplicada tiver uma direção diferente. Assim, aquilo que estava se movendo para a direita pode ir para esquerda ou até mesmo parar.

  • Causar deformação

Alguns corpos têm propriedades diferentes de outros, sendo mais maciços e duros. Assim, a força aplicada pode não ser capaz de deslocar o corpo, mas causa uma deformação nele. 

Basta lembrar da cena de um filme de herói: imagine um vilão partindo para cima do mocinho, tentando atirar algo nele para empurrá-lo. Logo o mocinho tira o escudo e se protege, assim não consegue ser empurrado. Mas adivinhem, o escudo é amassado por causa da força!

Força na física e suas áreas que usam o conceito

Na dinâmica vemos a totalidade dos fenômenos sobre um corpo, enquanto a cinemática é a parte da física que estuda os movimentos (MRU, MRUV, MCU, queda livre). 

Já a estática é uma parte da física que estuda as forças sobre os corpos em repouso, principalmente quando estudamos o equilíbrio e empuxo.

E na mecânica olhamos os funcionamentos das máquinas que também envolvem forças vindas da pressão, arrasto e torque.

Mas em todas essas áreas, o foco vai para as características desses contextos e não para as suas causas (as forças). Por isso é importante conhecer o conceito geral de força para depois ver essas matérias.

Quais são as forças da física? Tipos, classificação e fórmulas

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Existem muitos tipos de forças que atuam sobre os corpos, então agrupamos elas em dois grandes conjuntos:

  • Forças de campo ou à distância: são aquelas que os corpos envolvidos não precisam estar muito próximos. A força peso, a força magnética e a força de atração são alguns exemplos. Veremos cada uma delas adiante.
  • Forças de contato: são aquelas que vemos dois corpos se “encostando”, ou seja, usamos para  empurrar ou puxar algo. A tração e as forças de atrito são exemplos disso, mas veremos o que significam adiante.

O termo “encostando” foi colocado entre aspas porque na realidade, nada encosta em nada! Mesmo quando tocamos em algo, não há contato real entre nossa mão e o objeto. 

Quando observamos o toque do ponto de vista microscópico, os átomos que compõem cada corpo se repelem. Nos casos em que os átomos se tocam, há uma liberação de energia muito grande, como uma explosão, e é o que chamamos de energia nuclear.

Por isso, quando falamos em forças de campo e de contato, estamos dizendo do ponto de vista macroscópico, ou seja, do que vemos à olho nú. 

Vamos conhecer cada tipo de força, seu contexto e sua fórmula:

Força gravitacional e força peso

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A força gravitacional e peso são a mesma coisa, só que uma se aplica numa situação cotidiana. Ela é a atração que surge entre dois corpos que tem massas.

A força peso é aquela nos mantém dentro da Terra, graças a ela não saímos de órbita flutuando pelo espaço afora! Quando estamos nesse contexto, a fórmula é simples: P = m.g. Neste caso, o “g” é a aceleração da gravidade na terra, que sempre vale aproximadamente 10 m/s².

A mesma coisa ocorre entre os planetas e o sol. Graças à força gravitacional o nosso Sistema Solar permanece existindo. Porém, a fórmula é um pouco mais complexa , porque são dois corpos (Q e q) de enormes proporções e relevância, que também possuem suas próprias gravidades internas.

Força magnética

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A força magnética é aquela que surge pela movimentação de cargas. Esse tipo de força faz com que os ímãs sejam atraídos ou sejam repelidos. A movimentação de elétrons gera um campo magnético com polos negativos e positivos, e a regra dos opostos se atraem também serve aqui.

O planeta Terra também possui seu campo magnético, por isso algumas agulhas com afinidade magnética podem se alinhar com o polo do planeta. É assim que as bússolas funcionam!

A força magnética surge da interação de uma carga elétrica com velocidade em relação a um campo magnético B. O ângulo θ presente na fórmula é medido entre a velocidade e o campo magnético. Daí, criou-se a fórmula acima.

Força elétrica

Você já ouviu que os opostos se atraem e os iguais se repelem? Um dos motivos para isso é a força elétrica. Ela se expressa como atração ou repulsão de cargas elétricas.

A força elétrica pode fazer com que os elétrons presentes nos condutores desloquem-se em uma direção específica. Assim, as correntes elétricas surgem e abastecem os circuitos elétricos. Tudo isso compõe a energia de nossas casas.

A força elétrica pode ser calculada de maneira muito similar à força gravitacional, porque as cargas produzem um campo elétrico, bem como uma interfere na outra. Por isso você pode ouvir a expressão “forças eletromagnéticas”.

Força nuclear

As forças nucleares mantêm a estabilidade dos núcleos dos átomos. É ela que mantém os elétrons em órbita, formando o átomo, apesar do pouquinho de repulsão que poderiam ter.

Quando essas forças estão desequilibradas, verdadeiras catástrofes acontecem! É a partir dessa hipótese que surgiram as terríveis bombas atômicas.

Força de atrito 

A força de atrito surge em decorrência das atrações moleculares. Sabemos que os  elétrons de mesmo sinal se repelem, mas quando eles estão arranjados em átomos que formam moléculas as coisas mudam. Há um jogo de sinais que equilibra as forças, então saímos da análise do elétron e olhamos para o todo da molécula.

As moléculas podem ter três formas de interações entre si, o dipolo induzido (força de van der waals), dipolo-dipolo e ligação de hidrogênio. Esses três tipos são como “colas” que se formam entre as moléculas.

A lagartixa, por exemplo, só consegue subir na parede porque há um atrito entre suas patas e a superfície, causadas pela força de van der waals.

Portanto, quanto maior o atrito, maior a aderência. Da mesma forma, quanto menor o atrito, mais fácil se desliza. Perceba que superfícies rugosas costumam ter mais atrito e as lisas menos.

A força de atrito surge no sentido oposto ao do movimento que se pretende fazer.

Força centrípeta, centrífuga e forças fictícias

A força centrípeta é aquela que o vetor resultante aponta para o centro, por exemplo, quando giramos uma pedra presa em uma corda. Ela pode ser decomposta em dois vetores: uma tração que aponta para o centro (causada pela corda) e um vetor velocidade (que nós movimentamos). 

Quando somamos esses dois movimentos ao mesmo tempo, eles resultam na centrípeta. Como foi causada pela junção de duas forças reais, dizemos que é uma força real.

As Forças fictícias são chamadas dessa forma porque, na verdade, elas são fenômenos que acontecem como consequência de outras forças. Um bom exemplo de força fictícia é a força centrífuga

Quando você gira o barbante com a pedra mas ele se rompe, a pedra não completa o movimento circular. O que acontece é que ela se afasta do centro e sai em linha reta. Algumas pessoas dizem ser a força centrífuga que causa isso.

Porém, esse fenômeno não é a junção de forças já existentes, ele é apenas a consequência da inércia. Newton deixa isso claro na primeira lei: um corpo tende a continuar no movimento que estava. 

Assim, quando o barbante se rompeu, a tração deixou de existir mas a velocidade que você havia causado no início permanece. Como não há mais a tração para puxar para o centro, a pedra fica sob efeito apenas da velocidade e segue em linha reta.

O mesmo ocorre quando você está em um carro com alta velocidade e entra em uma curva fechada, então sente o corpo “tombando” e sendo “puxado”. Ou quando estamos sentados em um avião e ele decola, “apertando-nos” contra o banco. 

Força resultante ou de equilíbrio

Calcular a força resultante de um corpo é descobrir qual o valor único que representa a junção de todas as forças que existem ali. Para fazer isso, analisamos todos os vetores (forças) que atuam e fazemos a soma vetorial.

Quando a força resultante for igual a zero (nula), dizemos que aquele corpo está em equilíbrio, ou parado ou em Movimento Retilíneo Uniforme.

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