DINÂMICA
Quando se fala em dinâmica de corpos, a imagem
que vem à cabeça é a clássica e mitológica de
Isaac Newton, lendo seu livro sob uma macieira. Repentinamente,
uma maçã cai sobre a sua cabeça. Segundo consta, este foi o primeiro
passo para o entendimento da gravidade, que atraia a maçã.
Com o entendimento da gravidade, vieram o entendimento de Força, e as três Leis de Newton.
Na cinemática, estuda-se o movimento sem compreender sua causa. Na dinâmica, estudamos a relação entre a força e movimento.
Força: É uma interação entre dois corpos.
O conceito de força é algo intuitivo, mas para compreendê-lo, pode-se basear em efeitos causados por ela, como:
Aceleração: faz com que o corpo altere a sua velocidade, quando uma força é aplicada.
Deformação: faz com que o corpo mude seu formato, quando sofre a ação de uma força.
Força Resultante: É a força que produz o mesmo efeito que todas as outras aplicadas a um corpo.
Dadas várias forças aplicadas a um corpo qualquer:
A força resultante será igual a soma vetorial de todas as forças aplicadas:
Leis de Newton
As leis de Newton constituem os três pilares
fundamentais do que chamamos Mecânica Clássica, que justamente por isso
também é conhecida por Mecânica Newtoniana.
1ª Lei de Newton - Princípio da Inércia
- Quando estamos dentro de um carro, e este contorna uma
curva, nosso corpo tende a permanecer com a mesma velocidade vetorial a
que estava submetido antes da curva, isto dá a impressão que se está
sendo "jogado" para o lado contrário à curva. Isso porque a velocidade
vetorial é tangente a trajetória.
- Quando estamos em um carro em movimento e este freia
repentinamente, nos sentimos como se fôssemos atirados para frente, pois
nosso corpo tende a continuar em movimento.
estes e vários outros efeitos semelhantes são explicados pelo princípio da inércia, cujo enunciado é:
"Um corpo em repouso tende a permanecer em repouso, e um corpo em movimento tende a permanecer em movimento."
Então, conclui-se que um corpo só altera seu
estado de inércia, se alguém, ou alguma coisa aplicar nele uma força
resultante diferente se zero.
2ª Lei de Newton - Princípio Fundamental da Dinâmica
Quando aplicamos uma mesma força em dois corpos de massas diferentes observamos que elas não produzem aceleração igual.
A 2ª lei de Newton diz que a Força é sempre
diretamente proporcional ao produto da aceleração de um corpo pela sua
massa, ou seja:
ou em módulo: F=ma
Onde:
F é a resultante de todas as forças que agem sobre o corpo (em N);
m é a massa do corpo a qual as forças atuam (em kg);
a é a aceleração adquirida (em m/s²).
A unidade de força, no sistema internacional, é o N (Newton), que equivale a kg m/s² (quilograma metro por segundo ao quadrado).
Exemplo:
Quando um força de 12N é aplicada em um corpo de 2kg, qual é a aceleração adquirida por ele?
F=ma
12=2a
a=6m/s²
Força de Tração
Dado um sistema onde um corpo é puxado por um fio ideal, ou seja, que seja inextensível, flexível e tem massa desprezível.
Podemos considerar que a força é aplicada no fio, que por sua vez, aplica uma força no corpo, a qual chamamos Força de Tração
.
3ª Lei de Newton - Princípio da Ação e Reação
Quando uma pessoa empurra um caixa com um força
F, podemos dizer que esta é uma força de ação. mas conforme a 3ª lei de
Newton, sempre que isso ocorre, há uma outra força com módulo e direção
iguais, e sentido oposto a força de ação, esta é chamada força de
reação.
Esta é o princípio da ação e reação, cujo enunciado é:
"As forças atuam sempre em pares, para toda força de ação, existe uma força de reação."
Força Peso
Quando falamos em movimento vertical,
introduzimos um conceito de aceleração da gravidade, que sempre atua no
sentido a aproximar os corpos em relação à superficie.
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:
O Peso de um corpo é a força com que a Terra o
atrai, podendo ser váriável, 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:
Saiba mais...
Quando falamos no peso de algum corpo, normalmente, lembramos do "peso" medido na balança.
Mas este é um termo fisicamente errado, pois o que estamos medindo na realidade, é a nossa massa.
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Além da Força Peso, existe outra que normalmente atua na direção vertical, chamada Força Normal.
Esta é exercida pela superfície sobre o corpo,
podendo ser interpretada como a sua resistência em sofrer deformação
devido ao peso do corpo. Esta força sempre atua no sentido perpendicular
à superfície, diferentemente da Força Peso que atua sempre no sentido
vertical.
Analisando um corpo que encontra-se sob uma superfície plana verificamos a atuação das duas forças.
Para que este corpo esteja em equilíbrio na
direção vertical, ou seja, não se movimente ou não altere sua
velocidade, é necessário que os módulos das forças Normal e Peso sejam
iguais, assim, atuando em sentidos opostos elas se anularão.
Por exemplo:
Qual o peso de um corpo de massa igual a 10kg:
(a) Na superfície da Terra (g=9,8m/s²);
(b) Na supefície de Marte (g=3,724m/s²).
(a) Pt = 9,8X10 = 10N
(b) Pm = 3,724X10 = 37,24N
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