O documento discute os conceitos fundamentais da dinâmica, incluindo forças, tipos de forças e as três leis de Newton. Apresenta exemplos para ilustrar esses conceitos e discute a importância da força e do equilíbrio no estudo do movimento.
1. Estudo da Dinâmica
Colégio Estadual Constantino Fernandes
Colégio Estadual Rotary2
Física - 2º Ano – Prof.(a) Fabiana
2011
2. 1. Introdução
A Dinâmica é o ramo da Mecânica que
estuda as
causas do movimento de um corpo.
Estas causas estão relacionadas às
forças que atuam sobre ele. Dessa
maneira, o conceito de força é de
fundamental importância no estudo da
Dinâmica.
3. Ao chutarmos uma bola em
repouso, vamos colocá-la em
movimento. Esse movimento
resulta da força aplicada (sobre
ela) pelo nosso pé . Forças são
muito comuns no nosso
cotidiano: ao segurarmos uma
pedra, ao caminharmos ou no
exercício de várias atividades
humanas.
5. Força
Força é um conceito básico na mecânica. A
primeira idéia que fazemos de força é a
associação ao esforço muscular que
fazemos. Para a maioria das pessoas ela
está associada ao empurrar os corpos ou
puxar os corpos. Do ponto de vista físico é
necessário termos uma definição mais
precisa de força
6. Apesar de o termo "força" abrigar uma
noção quase intuitiva, é importante
entender que, do ponto de vista da
Física, a noção de força está
intimamente relacionada com a alteração
do estado de movimento de uma
partícula, isto é, a presença de forças
entre as partes da matéria se faz sentir
através de um movimento de
afastamento (forças repulsivas) ou de
aproximação (forças atrativas) das
mesmas.
7. As forças resultam da
capacidade das várias
partes do Universo
(e da matéria) de
interagirem entre si.
8. Conceito de Força
Tomemos um corpo inicialmente em
repouso.
Esse corpo jamais conseguirá sair do
estado de repouso, a menos que
receba a ação de uma força resultante
não-nula.
Um corpo sozinho não exerce força
sobre si mesmo. Logo:
“FORÇA É O FRUTO DA INTERAÇÃO
ENTRE DOIS CORPOS”
9. Conceito de Força
É importante lembrar que
a grandeza física, força, é
uma grandeza vetorial,
isto é, para caracterizá-la
precisamos definir sua
intensidade (módulo), sua
direção de atuação e seu
sentido.
Quando assinalamos uma
força num corpo, usando
um vetor (seta), queremos simbolizar a ação que ele
está sofrendo de um outro corpo. Logo, o número
de forças que um corpo recebe está associado ao
número de interações das quais ele participa.
10. Efeitos de Forças
Podemos reconhecer a existência de forças pelos
efeitos que produzem quando aplicadas a um
corpo.
A. Deformação
A deformação é um dos efeitos causados pela
força. Por exemplo, quando você chuta uma bola,
no ponto de contato entre o pé e a bola ocorre uma
deformação.
11. A força responsável pela deformação de um
carro quando este colide com um muro:
14. Alteração de Velocidade
Outro efeito que a força pode produzir no
corpo é a alteração de sua velocidade, que
consiste num aumento ou numa
diminuição do módulo da velocidade, ou
alteração da direção da velocidade..
No exemplo ao
lado,o pé do jogador
altera a velocidade
da bola
15. Equilíbrio
O equilíbrio é outro efeito causado pela
força. Por exemplo, você prende um corpo
através de um fio num suporte. A força do
fio no corpo produz um equilíbrio,
evitando que ele caia pela ação da
gravidade terrestre.
16. TipoS de Forças
As forças trocadas entre os corpos podem
ser de contato ou de campo (ação à
distância). Destacamos, a seguir, as
orientações (direção e sentido) de algumas
dessas forças.
17. Força Peso
A força com a qual os astros atraem os corpos é
denominada de peso ou força peso. Resumidamente e
desconsiderando os efeitos ligados a rotação da Terra,
podemos considerar que o peso de um corpo é a
atração que a Terra exerce sobre ele. Ao se abandonar
um corpo nas proximidades do solo o mesmo cai
sofrendo uma variação em sua velocidade, o corpo em
questão fica sujeito a uma força atrativa, pois a Terra
interage com o mesmo. A direção de atração dessa
força é radial, ou seja, está apontada para o centro da
terra. Como a velocidade do corpo sofre variações
surge o que chamamos de aceleração da gravidade.
18. Força Peso
Denomina-se força peso a força de campo
gravitacional que a Terra exerce sobre qualquer
objeto colocado próximo à sua superfície. Ela tem
direção vertical e sentido para baixo.
19. Força Normal
Em física, força normal é uma força de reação que a
superfície faz em um corpo que esteja em contato com
esta, essa força é normal à superfície.
Lembrando que a força normal é igual, EM MÓDULO, a
força peso no caso de planos paralelos e coincidentes.
A força peso é uma força de campo, enquanto a força
normal é uma força de contato.
A força normal existe sempre que há contato entre o
corpo e a superfície de apoio, independentemente de
essa superfície ser ou não horizontal. A direção da força
é sempre perpendicular à superficie de apoio.
20. Força Normal
A força de reação normal de
apoio, ou simplesmente força
normal , é a força de empurrão
que uma superfície exerce
sobre um corpo nela apoiado.
Quando um bloco (um livro,
por exemplo) encontra-se em
repouso sobre uma mesa, ele
recebe da mesa uma força de
compressão que impede a sua
penetração sobre ela devido à
ação da força peso.
21. Força de Atrito
Quando se lança um corpo sobre uma mesa comum
horizontal, ele pára após percorrer uma certa
distância. Isso significa que houve uma resistência ao
seu movimento. Essa resistência altera a velocidade
do corpo e é, portanto, medida por uma força. Essa
força de contato motivada por asperezas superficiais
recebe o nome de força de atrito.
Tal força de atrito é paralela às superfícies de contato e
se opõe ao deslizamento relativo ou à tendência de
escorregamento.
22. Força de atrito que atua entre as
superfícies em contato quando
empurramos um caixote.
23. Quando andamos ou corremos é a
força de atrito que nos empurra.
Para nos deslocarmos, os sapatos
exercem no solo uma força para
trás.
A força de atrito, que se
opõe a este movimento,
empurra-nos para a
frente. Quando as solas
dos sapatos são muito
lisas e o pavimento é
polido a força exercida
pelo sapato para trás não
faz surgir qualquer atrito
… escorregamos!
24. 4. Medida de Forças
A intensidade de uma força
pode ser medida através
de um aparelho
denominado dinamômetro.
O dinamômetro é um
instrumento constituído de
uma mola que se deforma
quando recebe a ação de
uma força. Logo, para cada deformação produzida,
temos o dispositivo indicando a intensidade da
força aplicada. No SI, a unidade de medida de força
é o Newton (N). Eventualmente pode-se utilizar a
unidade prática quilograma-força (kgf), sendo que 1
25. Forças no cotidiano
• A força gravitacional - O exemplo
mais comum, no cotidiano, de forças
aplicadas a um corpo é o de um
corpo que cai sob a ação da força
gravitacional.
• Movimento dos planetas - Os
planetas movem-se (como a Terra)
em torno do Sol devido à força
26. Movimento dos satélites - Os satélites "flutuam"
no espaço devido à mesma força gravitacional.
As marés - Você pode não perceber, mas o
movimento das marés resulta da atração
gravitacional do Sol e da Lua sobre a Terra. Nos
pontos próximos da Terra, o mar se eleva,
formando um "calombo", o qual se movimenta
com a mesma, gerando as marés.
27. 6. Unidade de Força
A unidade mais utilizada para se medir uma força é
o Newton, embora a dina (dyn) e o quilograma-força
(kgf), sejam bastante utilizados em algumas áreas.
• No S.I. => N (Newton)
• No C.G.S. => dyn (dina)
• Sistema Técnico => Kgf (quilograma força)
Relação entre as unidades:
1 N = 105 dyn 1 Kgf = 9,8 N
OBS.: Um Quilograma-força ( kgf ) é a intensidade da
força peso de um corpo de 1 kg de massa, situado num
local onde a aceleração gravitacional é normal ( g = 9,8
2
28. 7. Exercícios
01. Identifique uma situação em que um corpo
estará em equilíbrio.
a) Um carro em movimento variado.
b) Uma pedra caindo em um poço.
c) O vento no mar.
d) Uma fruta em uma árvore
e) Um jogador chutando uma bola.
02. Qual o tipo de deformação responsável para um
trator rebocar um caminhão?
a) Tração b) Torção c) Flexão
d) Compressão e) Colaboração
29. 03. Qual o tipo de deformação responsável por
espremer uma camisa molhada?
a) Tração b) Torção c) Flexão
d) Compressão e) Colaboração
04. Qual o tipo de deformação responsável por uma
bomba encher o pneu de uma bicicleta?
a) Tração b) Torção c) Flexão
d)Compressão e) Colaboração
05. Qual o tipo de deformação responsável por
quebrar um pedaço de galho com as mãos?
a) Tração b) Torção c) Flexão
d) Compressão e) Colaboração
31. ISAAC NEWTON
Isaac Newton (1642-1727) nasceu em
Woolsthorpe(Inglaterra). Foi educado na
Universidade de Cambridge e considerado
aluno excelente e aplicado. Newton fez
descobertas importantes em Matemática,
Óptica e Mecânica. Em sua obra
“Princípios Matemáticos de Filosofia
Natural”, enunciou as três leis
fundamentais do movimento, conhecidas
hoje como leis de Newton.
32. Galileu, no século XVII, chamou de inércia
à tendência que os corpos apresentam para
resistirem à mudança do estado de
movimento em que se encontram.
Anos mais tarde, Newton enunciou a Lei da
inércia, que iremos ver a seguir.
33. Existe na natureza uma tendência de não
se alterar o estado de movimento de um
objeto, isto é, um objeto em repouso
tende naturalmente a permanecer em
repouso. Um objeto com velocidade
constante tende a manter a sua
velocidade constante.
34. Essa tendência natural de tudo permanecer
como está é conhecida como inércia. No caso da
Mecânica, essas observações a respeito do
comportamento da natureza levou Newton a
enunciar a sua famosa Lei da Inércia,
''Por que a maçã sempre cai
perpendicularmente ao
chão?, perguntou-se Newton.
Por que ela não se move para
os lados, ou para cima, mas
sempre em direção ao centro
da Terra? Certamente, porque
a Terra a atrai. Tem de haver
uma força de atração
envolvida nisso.“
35. A primeira lei de Newton diz
que todo corpo tende a manter
o seu estado de movimento.
Se em repouso, irá permanecer
em repouso, desde que não
haja forças atuando sobre este
corpo, ou se elas estiverem em
equilíbrio.
36.
37. Lei da Inércia
Se em movimento,
permanecerá em
movimento até que
haja uma força
contrária que faça o
corpo parar. Se não
houver força
contrária a
velocidade será
constante e o
movimento retilíneo.
39. O exemplo mais simples, do ponto de vista da
observação da inércia dos corpos, é aquele dos
passageiros num veículo. Quando o veículo é brecado,
os passageiros tendem a manter-se no seu estado de
movimento. Por isso, as pessoas "vão para a frente" do
ônibus quando este é brecado.
Na realidade, a mudança do
estado de movimento é
apenas do ônibus. Os
passageiros simplesmente
tendem a manter-se como
estavam. Da inércia resultam
os ferimentos em acidentes
no tráfego
40. Exemplo 1
Quando o ônibus freia, os passageiros
tendem, por inércia, a prosseguir com
a velocidade que tinham, em relação
ao solo. Assim, são atirados para
frente em relação ao ônibus.
41. Exemplo 2
Um trem metrô quando
dá a sua arrancada
para dar partida ao seu
movimento, as pessoas
que estão em repouso
tendem a ficar em
repouso indo então para
trás, quando o trem
inicia o movimento.
42. Exemplo 3
Quando um
motoqueiro está em
movimento e para
bruscamente com a
sua moto, ele é
arremessado para
frente, pois todo
corpo que está em
movimento tende
permanecer em
movimento.
43. Exemplo 4
Quando o cão entra em movimento, o
menino em repouso em relação ao solo,
tende a permanecer em repouso. Note que
em relação ao carrinho o menino é atirado
para trás.
44. Exemplo 5
• Um foguete quando
lançado ao espaço tem
a sua força inicial
dando o seu
movimento, mas como
no espaço não tem
força contrária, ele
pode desligar seus
propulsores e continuar
em velocidade
constante no espaço,
pois não tem nenhuma
força que o faça parar.
50. Exercício Primeira Lei de Newton
1)"Para que a velocidade de um automóvel permaneça
constante numa estrada reta e horizontal, é necessário
manter o pedal do acelerador pressionado". Isso significa
que deve existir uma força resultante para se manter
constante a velocidade do automóvel? Justifique sua
resposta.
RESOLUÇÃO:
R: Não, como sabemos: para que um corpo possua
velocidade constante em linha reta, ele deve estar isento de
alguma força desigual. O fato de se manter o pé no
acelerador é que a força propulsora exercida pelo carro é a
mesma força exercida pelo ar (Resistência do ar) somado
com o atrito (Força de Atrito), logo estas forças se anulam.
51. Exercícios
1. Explique detalhadamente porque ao puxarmos
rapidamente, a toalha de uma mesa que contém sobre
ela vários pratos de porcelana, não derrubamos
nenhum.
2. Quando um ônibus inicialmente parado arranca, um
passageiro que estava de pé sem segurar nos estribos
perde o equilíbrio e cai. Como se explica o tombo de
acordo com a idéia de inércia?
3. Você está de pé no ônibus. Repentinamente, o
motorista pisa no freio e você precisa se segurar, pois
parece que seu corpo continua indo para frente.
Explique o que está acontecendo.
52. 4. (UFES) Um carro freia bruscamente e o passageiro
bate com a cabeça no vidro pára-brisa. Qual a
explicação de acordo com a lei da inércia.
5. Por que uma pessoa, ao descer de um ônibus em
movimento, precisa acompanhar o movimento do ônibus
para não cair?
6. Explique a função do cinto de segurança de um carro,
utilizando o conceito de inércia.
7. Um foguete está com os motores ligados e
movimenta-se no espaço, longe de qualquer planeta.
Em certo momento, os motores são desligados. O que
irá ocorrer? Por qual lei da física isso se explica?
53. 01. A respeito do conceito da inércia, assinale a frase
correta:
a) Um ponto material tende a manter sua aceleração
por inércia.
b) Uma partícula pode ter movimento circular e
uniforme, por inércia.
c) O único estado cinemático que pode ser mantido por
inércia é o repouso.
d) Não pode existir movimento perpétuo, sem a
presença de uma força.
e) A velocidade vetorial de uma partícula tende a se
manter por inércia; a força é usada para alterar
a velocidade e não para mantê-la.
54. 01. A respeito do conceito da inércia, assinale a frase
correta:
a) Um ponto material tende a manter sua aceleração
por inércia.
b) Uma partícula pode ter movimento circular e
uniforme, por inércia.
c) O único estado cinemático que pode ser mantido por
inércia é o repouso.
d) Não pode existir movimento perpétuo, sem a
presença de uma força.
e) A velocidade vetorial de uma partícula tende a se
manter por inércia; a força é usada para alterar
a velocidade e não para mantê-la.
55. 02. (OSEC) O Princípio da Inércia afirma:
a) Todo ponto material isolado ou está em repouso ou
em movimento retilíneo em relação a
qualquer referencial.
b) Todo ponto material isolado ou está em repouso ou
em movimento retilíneo e uniforme em relação a
qualquer referencial.
c) Existem referenciais privilegiados em relação aos
quais todo ponto material isolado tem
velocidade vetorial nula.
d) Existem referenciais privilegiados em relação aos
quais todo ponto material isolado tem velocidade
vetorial constante.
e) Existem referenciais privilegiados em relação aos
quais todo ponto material isolado tem
velocidade escalar nula.
56. 02. (OSEC) O Princípio da Inércia afirma:
a) Todo ponto material isolado ou está em repouso ou
em movimento retilíneo em relação a
qualquer referencial.
b) Todo ponto material isolado ou está em repouso ou
em movimento retilíneo e uniforme em relação a
qualquer referencial.
c) Existem referenciais privilegiados em relação aos
quais todo ponto material isolado tem
velocidade vetorial nula.
d) Existem referenciais privilegiados em relação aos
quais todo ponto material isolado tem velocidade
vetorial constante.
e) Existem referenciais privilegiados em relação aos
quais todo ponto material isolado tem
velocidade escalar nula.
57. 03. Um homem, no interior de um elevador, está
jogando dardos em um alvo fixado na parede interna do
elevador. Inicialmente, o elevador está em repouso, em
relação à Terra, suposta um Sistema Inercial e o homem
acerta os dardos bem no centro do alvo. Em seguida, o
elevador está em movimento retilíneo e uniforme em
relação à Terra. Se o homem quiser continuar acertando
o centro do alvo, como deverá fazer a mira, em relação
ao seu procedimento com o elevador parado?
a) mais alto;
b) mais baixo;
c) mais alto se o elevador está subindo, mais baixo
se descendo;
d) mais baixo se o elevador estiver descendo e
mais alto se descendo;
e) exatamente do mesmo modo.
58. 03. Um homem, no interior de um elevador, está
jogando dardos em um alvo fixado na parede interna do
elevador. Inicialmente, o elevador está em repouso, em
relação à Terra, suposta um Sistema Inercial e o homem
acerta os dardos bem no centro do alvo. Em seguida, o
elevador está em movimento retilíneo e uniforme em
relação à Terra. Se o homem quiser continuar acertando
o centro do alvo, como deverá fazer a mira, em relação
ao seu procedimento com o elevador parado?
a) mais alto;
b) mais baixo;
c) mais alto se o elevador está subindo, mais baixo
se descendo;
d) mais baixo se o elevador estiver descendo e
mais alto se descendo;
e) exatamente do mesmo modo.
59. 04. (UNESP) As estatísticas indicam que o uso
do cinto de segurança deve ser obrigatório para
prevenir lesões mais graves em motoristas e
passageiros no caso de acidentes. Fisicamente,
a função do cinto está relacionada com a:
a) Primeira Lei de Newton;
b) Lei de Snell;
c) Lei de Ampère;
d) Lei de Ohm;
e) Primeira Lei de Kepler.
60. 04. (UNESP) As estatísticas indicam que o uso
do cinto de segurança deve ser obrigatório para
prevenir lesões mais graves em motoristas e
passageiros no caso de acidentes. Fisicamente,
a função do cinto está relacionada com a:
a) Primeira Lei de Newton;
b) Lei de Snell;
c) Lei de Ampère;
d) Lei de Ohm;
e) Primeira Lei de Kepler.
61. 05. (ITA) As leis da Mecânica Newtoniana são
formuladas em relação a um princípio fundamental,
denominado:
a) Princípio da Inércia;
b) Princípio da Conservação da Energia
Mecânica;
c) Princípio da Conservação da Quantidade de
Movimento;
d) Princípio da Conservação do Momento
Angular;
e) Princípio da Relatividade: "Todos os
referenciais inerciais são equivalentes, para a
formulação da Mecânica Newtoniana".
62. 05. (ITA) As leis da Mecânica Newtoniana são
formuladas em relação a um princípio fundamental,
denominado:
a) Princípio da Inércia;
b) Princípio da Conservação da Energia
Mecânica;
c) Princípio da Conservação da Quantidade de
Movimento;
d) Princípio da Conservação do Momento
Angular;
e) Princípio da Relatividade: "Todos os
referenciais inerciais são equivalentes, para a
formulação da Mecânica Newtoniana".
63. 08. (FUND. CARLOS CHAGAS) Uma folha de papel
está sobre a mesa do professor. Sobre ela está um
apagador. Dando-se, com violência, um puxão
horizontal na folha de papel, esta se movimenta e o
apagador fica sobre a mesa. Uma explicação aceitável
para a ocorrência é:
a) nenhuma força atuou sobre o apagador;
b) a resistência do ar impediu o movimento do
apagador;
c) a força de atrito entre o apagador e o papel só atua
em movimentos lentos;
d) a força de atrito entre o papel e a mesa é muito
intensa;
e) a força de atrito entre o apagador e o papel provoca,
no apagador, uma aceleração muito inferior à da folha
de papel.
64. 08. (FUND. CARLOS CHAGAS) Uma folha de papel
está sobre a mesa do professor. Sobre ela está um
apagador. Dando-se, com violência, um puxão
horizontal na folha de papel, esta se movimenta e o
apagador fica sobre a mesa. Uma explicação aceitável
para a ocorrência é:
a) nenhuma força atuou sobre o apagador;
b) a resistência do ar impediu o movimento do
apagador;
c) a força de atrito entre o apagador e o papel só atua
em movimentos lentos;
d) a força de atrito entre o papel e a mesa é muito
intensa;
e) a força de atrito entre o apagador e o papel provoca,
no apagador, uma aceleração muito inferior à da folha
de papel.
65. 09. Um ônibus percorre um trecho de estrada retilínea
horizontal com aceleração constante. no interior
do ônibus há uma pedra suspensa por um fio ideal
preso ao teto. Um passageiro observa esse fio e verifica
que ele não está mais na vertical. Com relação a este
fato podemos afirmar que:
a) O peso é a única força que age sobre a pedra.
b) Se a massa da pedra fosse maior, a inclinação do fio
seria menor.
c) Pela inclinação do fio podemos determinar a
velocidade do ônibus.
d) Se a velocidade do ônibus fosse constante, o fio
estaria na vertical.
e) A força transmitida pelo fio ao teto é menor que o
peso do corpo.
66. 09. Um ônibus percorre um trecho de estrada retilínea
horizontal com aceleração constante. no interior
do ônibus há uma pedra suspensa por um fio ideal
preso ao teto. Um passageiro observa esse fio e verifica
que ele não está mais na vertical. Com relação a este
fato podemos afirmar que:
a) O peso é a única força que age sobre a pedra.
b) Se a massa da pedra fosse maior, a inclinação do fio
seria menor.
c) Pela inclinação do fio podemos determinar a
velocidade do ônibus.
d) Se a velocidade do ônibus fosse constante, o fio
estaria na vertical.
e) A força transmitida pelo fio ao teto é menor que o
peso do corpo.
67. 10. (ITA) Um corpo é impulsionado, no vácuo, sobre
um plano horizontal, sem atrito, por uma força
paralela ao plano, que atua instantaneamente sobre
ele. Neste caso, pode-se concluir que:
a) o corpo adquire movimento uniformemente
acelerado, no qual permanece indefinidamente.
b) o corpo segue em equilíbrio.
c) durante o movimento, não atua força sobre o
corpo.
d) o corpo possui movimento retardado.
e) o corpo adquire movimento retilíneo uniforme a
partir do repouso.
68. 10. (ITA) Um corpo é impulsionado, no vácuo, sobre
um plano horizontal, sem atrito, por uma força
paralela ao plano, que atua instantaneamente sobre
ele. Neste caso, pode-se concluir que:
a) o corpo adquire movimento uniformemente
acelerado, no qual permanece indefinidamente.
b) o corpo segue em equilíbrio.
c) durante o movimento, não atua força sobre o
corpo.
d) o corpo possui movimento retardado.
e) o corpo adquire movimento retilíneo uniforme a
partir do repouso.
69. 11. (EFOA-MG) Dos corpos destacados, o que
está em equilíbrio é:
a) a Lua movimentando-se em torno da Terra.
b) uma pedra caindo livremente.
c) um avião que voa em linha reta com
velocidade constante.
d) um carro descendo uma rua íngreme sem
atrito.
e) uma pedra no ponto mais alto, quando lançada
verticalmente para cima.
70. 11. (EFOA-MG) Dos corpos destacados, o que
está em equilíbrio é:
a) a Lua movimentando-se em torno da Terra.
b) uma pedra caindo livremente.
c) um avião que voa em linha reta com
velocidade constante.
d) um carro descendo uma rua íngreme sem
atrito.
e) uma pedra no ponto mais alto, quando lançada
verticalmente para cima.
73. Elaborou então a
2ª Lei de Newton
Princípio
Fundamental da
Dinâmica
74. 2ª Lei de Newton
(Princípio Fundamental da
Dinâmica)
FR ma
75. A SEGUNDA LEI DE NEWTON
De acordo com o princípio da inércia, um corpo
só pode sair de seu estado de repouso ou de
movimento retilíneo com velocidade constante se
sobre ele atuar uma força resultante externa.
Neste momento, poderíamos perguntar:
``O que acontece se existir uma força resultante
externa agindo no corpo?''
Nesta situação, o corpo fica sujeito a uma
aceleração, ou seja, um corpo sujeito a uma
força resultante externa movimenta-se com
velocidade variável.
76. É fácil perceber que, se quisermos acelerar um
corpo, por exemplo, desde o repouso , a
intensidade da força que teremos de aplicar
dependerá da massa do corpo. Se, por exemplo,
o corpo for um carro, é evidente que a força
necessária será muito menor do que se tratasse
de um caminhão. Desta forma, quanto maior a
massa do corpo, maior deverá ser a intensidade
da força necessária para que ele alcance uma
determinada aceleração.
77. Foi Isaac Newton quem obteve essa relação
entre massa e força, que constitui a segunda lei
de Newton ou princípio fundamental da
dinâmica. Temos, então que
A aceleração de um corpo submetido a uma
força resultante externa é inversamente
proporcional à sua massa, e diretamente
proporcional a intensidade da força.
Assim, para uma dada força resultante externa F,
quanto maior a massa m do corpo tanto menor
será a aceleração adquirida.
Matematicamente, a segunda lei de Newton é
dada por:
78. Esta equação vetorial impõe que a força
Resultante e a aceleração tenham a mesma
direção e o mesmo sentido. No SI a unidade
de força é o newton ou (N):
Por definição, o newton é a força que produz uma
aceleração de 1 m/s2 quando aplicada em uma
massa de 1kg.
79. 2ª lei: F = m.a
Onde:
F é a força aplicada
m é a massa do corpo (kg)
a é a aceleração do corpo
A segunda lei fala que uma força agindo sobre um objeto de
massa m, provoca uma aceleração. Esta aceleração é
proporcional à massa do objeto.
A Força modifica a velocidade do corpo. A força aplicada
pode ser a força peso (gravitacional) sempre vertical pra
baixo; de contato, onde os corpos estão um exercendo força
sobre o outro; normal, é contato perpendicular à superfície
de contato; de tração, por exemplo a corda segurando o
elevador; e de atrito, que vai ser explicado no slide a seguir.
80.
N
Fat
Sempre perpendicular Sempre tangente ao plano
ao plano e apontando e contrário ao sentido de
para a direção contrária deslizamento.
do plano.
81. Se o carrinho do supermercado estiver vazio, é
muito fácil fazê-lo correr. Mas se o carrinho
estiver cheio, você tem que se esforçar muito
para fazê-lo andar.
82. Vamos calcular a aceleração do objeto nas
situações abaixo:
F m = 5 Kg
F = 10N
FR ma
10 5a
a 2m 2
s
F2 F1 m = 5 Kg
F1 = 10N
F3 F2 = 5N
FR ma F3 = 3N
10 5 3 5a
a 1,6 m 2
s
83. O peso das pessoas é
medido em balanças.
Quanto maior a massa
da pessoa, maior é a
força peso P = m.g e
maior é a deflexão que a
força peso exerce numa
mola. Essa mola, por
sua vez, está acoplada a
um ponteiro.
84. Quando falamos em movimento vertical, introduzimos
um conceito de aceleração da gravidade, que sempre
atua no sentido a aproximar os corpos em relação à
superfície. Relacionando com a 2ª Lei de Newton, se
um corpo de massa m, sofre a aceleração da gravidade,
quando aplicada a ele o principio fundamental da
dinâmica poderemos dizer que:
A esta força, chamamos Força Peso, e podemos
expressá-la como:
ou em módulo:
85. O Peso de um corpo é a força com que a Terra o atrai,
podendo ser variável, quando a gravidade variar, ou
seja, quando não estamos nas proximidades da Terra.
A massa de um corpo, por sua vez, é constante, ou
seja, não varia. Existe uma unidade muito utilizada pela
indústria, principalmente quando tratamos de força
peso, que é o kilograma-força, que por definição é:
1kgf é o peso de um corpo de massa 1kg submetido a
aceleração da gravidade de 9,8m/s².
A sua relação com o newton é:
86.
P
P mg
P
Não confundir massa e peso!!!
Massa é uma propriedade da matéria e independe do local
onde está o corpo. Peso é uma força gravitacional e depende
dos corpos envolvidos.
87. Exemplos
1 – Na Terra, a aceleração da gravidade é em média 9,8 m/s2, e
na Lua é 1,6 m/s2. Para um corpo de massa 5 kg, determinar:
a) O peso desse corpo na Terra;
b) A massa e o peso desse corpo.
Resolução
O peso na Terra é dado por:
PT = mT.gT PT = 5.9,8 PT = 49 N
Como a massa é uma propriedade do corpo, tem o
mesmo valor em qualquer lugar; logo:
mT = mL = 5 kg
Portanto:
PL = mL.gL PL = 5.1,6 PL = 8 N
88.
89. 1) A massa de uma pessoa é 70kg. A
aceleração da gravidade num local da Terra
é 9,8 m/s² e na Lua 1,6 m/s². Determine o
peso da pessoa na Terra, na Lua e a massa
da pessoa na Lua.
RESOLUÇÃO:
PT = m.gT
PT = 70.9,8= 686N
PL = m.gL
PL = 70.1,6 = 112N
90. Deformação elástica
Uma mola apresenta uma deformação elástica se,
retirada a força que a deforma, ela retornar ao seu
comprimento e forma originais.
A intensidade da força deformadora é proporcional à
deformação
91. A expressão matemática da Lei de Hooke é:
F = força deformadora
x = deformação sofrida pela mola
K = constante de proporcionalidade
característica da mola, chamada de constante
elástica da mola
93. Exemplos
1 – Considerar uma mola de comprimento inicial x0, presa em uma das
extremidades. Aplicando-se forças de 100 N, 200 N e 300 N, a mola
sofre, respectivamente, deformações de 2 cm, 4 cm e 6 cm. Qual a
intensidade da força deformadora quando a deformação for 11 cm?
Resolução
A constante elástica é:
K= F 100 200 300
k= k = 50 N/cm
x 2 4 6
Para a mola em questão, uma deformação elástica de
11 cm corresponde a uma força de:
Portanto:
F = k.x F = 50.11 F = 550 N
94. 1 – Um corpo de massa 4 kg é lançado num plano
horizontal liso, com velocidade inicial de 40 m/s.
Determinar a intensidade da força resultante que deve
ser aplicada, sobre o corpo, contra o sentido do
movimento, para pará-lo em 20 s.
95. 2 – Seja um corpo de massa 2 kg, em repouso, apoiado
sobre um plano horizontal sob a ação das forças
horizontais F1 e F2 de intensidades 10 N e 4 N
respectivamente, conforme indica a figura.
F2 F1
a) Qual a aceleração adquirida pelo corpo?
b) Achar a velocidade e o espaço percorrido pelo corpo
10 s após o início do movimento.
3 – Determine a aceleração adquirida por um corpo de
massa 2 kg, sabendo que sobre ele atua uma força
resultante de intensidade 8 N.
96. 4 – Um bloco de massa 4 kg desliza sob um plano
horizontal sujeito a ação das forças F1 e F2, conforme
indica a figura. Sendo a intensidade das forças F1 = 15
N e F2 = 5 N, determine a aceleração do corpo.
F2 F1
5 – Um astronauta com traje completo tem uma massa
de 120 kg. Determine a sua massa e o seu peso quando
for levado para Lua, onde a gravidade é
aproximadamente 1,6 m/s2.
6 – Qual é o peso, na Lua, de um astronauta que na
Terra tem peso 784 N? Considere gT = 9,8 m/s2 e
gL = 1,6 m/s2.
97. 7 – A constante elástica de uma mola é de 30 N/cm.
Determine a deformação sofrida pela mola ao ser
solicitada por uma força de intensidade 120 N.
8 – O gráfico mostra como varia a intensidade da força
tensora aplicada a uma mola em função da deformação
produzida.
a) Qual a constante elástica da mola?
b) Qual a intensidade da força tensora quando
x = 10 cm
98. 9 – (UFMG-95) Um homem empurra um caixote para
a direita, com velocidade constante, sobre uma
superfície horizontal. Desprezando-se a resistência do
ar, o diagrama que melhor representa as forças que
atuam no caixote é:
d
99. 10 – (UFMG-96) Uma pessoa está empurrando um
caixote. A força que essa pessoa exerce sobre o caixote
é igual e contrária à força que o caixote exerce sobre
ela. Com relação a essa situação assinale a alternativa
correta:
a) a pessoa poderá mover o caixote porque aplica a
força sobre o caixote antes de ele poder anular essa
força.
b) a pessoa poderá mover o caixote porque as forças
citadas não atuam no mesmo corpo.
c) a pessoa poderá mover o caixote se tiver uma massa
maior do que a massa do caixote.
d) a pessoa terá grande dificuldade para mover o
caixote, pois nunca consegue exercer uma força sobre
ele maior do que a força que esse caixote exerce sobre
ela.
100. 10 – (UFMG-96) Uma pessoa está empurrando um
caixote. A força que essa pessoa exerce sobre o caixote
é igual e contrária à força que o caixote exerce sobre
ela. Com relação a essa situação assinale a alternativa
correta:
a) a pessoa poderá mover o caixote porque aplica a
força sobre o caixote antes de ele poder anular essa
força.
b) a pessoa poderá mover o caixote porque as forças
citadas não atuam no mesmo corpo.
c) a pessoa poderá mover o caixote se tiver uma massa
maior do que a massa do caixote.
d) a pessoa terá grande dificuldade para mover o
caixote, pois nunca consegue exercer uma força sobre
ele maior do que a força que esse caixote exerce sobre
ela.
101. 11 – (UNIPAC) Todas as alternativas contêm um par
de forças de ação e reação, EXCETO:
a) a força com que a Terra atrai um tijolo e a força
com que o tijolo atrai a Terra.
b) a força que uma pessoa, andando, empurra o
chão para trás e a força com que o chão empurra a
pessoa para frente.
c) a força com que um avião, empurra o ar para trás
e a força com que o ar empurra o avião para frente.
d) a força com que um cavalo, puxa uma carroça e a
força com que o carroça puxa o cavalo.
e) o peso de um corpo colocado sobre uma mesa
horizontal e a força normal da mesa sobre ele.
102. 11 – (UNIPAC) Todas as alternativas contêm um par
de forças de ação e reação, EXCETO:
a) a força com que a Terra atrai um tijolo e a força
com que o tijolo atrai a Terra.
b) a força que uma pessoa, andando, empurra o
chão para trás e a força com que o chão empurra a
pessoa para frente.
c) a força com que um avião, empurra o ar para trás
e a força com que o ar empurra o avião para frente.
d) a força com que um cavalo, puxa uma carroça e a
força com que o carroça puxa o cavalo.
e) o peso de um corpo colocado sobre uma mesa
horizontal e a força normal da mesa sobre ele.
103. 12 – (PUC 2000) Uma força constante atuando
sobre um certo corpo de massa m produziu uma
aceleração de 4,0 m/s 2. Se a mesma força atuar
sobre outro corpo de massa igual a m/2 , a nova
aceleração será, em m/s2 :
a) 16,0
b) 8,0
c) 4,0
d) 2,0
e) 1,0