Força é uma grandeza vetorial física, representada em termos de módulo, sentido e direção. Na Física, o seu estudo é introduzido no princípio fundamental da Dinâmica, mais conhecido como segunda lei de Newton, na qual a força é resultado do produto da massa de um corpo pela sua aceleração.
Leia também: Aceleração — outra grandeza física do tipo vetorial
Tópicos deste artigo
- 1 - Resumo sobre força
- 2 - Características gerais da força
- 3 - Quais são os tipos de força?
- 4 - Classificação da força
- 5 - Fórmulas para calcular diferentes tipos de força
- → Fórmula da força resultante
- → Fórmula da força peso
- → Fórmula da força elástica
- → Fórmula da força de atrito
- → Fórmula da força de arraste
- → Fórmula da força centrípeta
- → Fórmula da força gravitacional
- → Fórmula da força de empuxo
- → Fórmula da força elétrica
- → Fórmula da força magnética sobre partículas carregadas
- → Fórmula da força magnética sobre condutores retilíneos
- → Fórmula da força magnética sobre dois condutores retilíneos
- 6 - Qual a unidade de medida da força?
- 7 - Possíveis efeitos da força na Física
- 8 - Exercícios resolvidos sobre força
Resumo sobre força
-
Força é uma grandeza física do tipo vetorial.
-
As características gerais de todas as forças são módulo, sentido e direção.
-
Os tipos de força são: força resultante, força normal, força peso, força de tração, força elástica, força de atrito, força de arrasto, força centrípeta, força gravitacional, força de empuxo, força elétrica e força magnética.
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As forças podem ser de contato ou de campo, caso exista ou não contato com o corpo, respectivamente.
-
Cada força possui uma fórmula específica para o seu cálculo.
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As forças físicas são medidas padronizadamente na unidade de medida Newton.
Características gerais da força
A força é uma grandeza física vetorial caracterizada através do módulo e orientação, dados pela sua direção e sentido.
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Módulo: também conhecido como intensidade ou valor numérico, trata-se do tamanho da grandeza vetorial, dado através de um número positivo.
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Direção: trata-se da posição da grandeza física, podendo ser horizontal, vertical ou diagonal.
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Sentido: trata-se do lado para o qual a grandeza é aplicada, podendo ser para a direita, esquerda, cima, baixo, norte, sul, leste, oeste e vários outros.
Quais são os tipos de força?
Existem diversos tipos de força, sendo eles:
-
Força resultante: é o conjunto de forças que atuam sobre determinado corpo. Ela pode ser dada em termos do somatório das forças atuantes, caso as forças que atuam sobre o corpo estejam no mesmo sentido, ou dada em termos da subtração das forças atuantes, caso elas estejam em sentidos opostos.
-
Força normal: é a força de contato entre as superfícies dos corpos, impedindo que os corpos afundem.
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Força peso: é a força de atração gravitacional exercida pelo planeta sobre os corpos em sua superfície ou próximo a ele.
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Força de tração: é a força aplicada aos corpos através de um cabo, fio, corrente e outros itens.
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Força elástica: é a força associada à deformação dos corpos que possuem propriedades elásticas, como molas, borrachas e elásticos.
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Força de atrito: é a força de contato que ocorre quando as superfícies não polidas dos corpos se atritam devido ao seu movimento, impedindo que os corpos deslizem.
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Força de arraste: é a força que se opõe ao movimento dos corpos que estão em um fluido (líquidos ou gases).
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Força centrípeta: é a força que mantém os corpos nas trajetórias circulares durante o seu movimento, sendo capaz de alterar a direção da velocidade do corpo.
-
Força gravitacional: é a força de atração entre corpos providos de massa.
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Força de empuxo: é a força hidrostática sobre os corpos imersos em fluidos (líquidos ou gases).
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Força elétrica: força de interação atrativa ou repulsiva entre corpos eletrizados.
-
Força magnética: força de interação entre corpos que apresentam propriedades magnéticas, como cargas elétricas, imãs e condutores elétricos.
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Veja também: Quais são as forças fundamentais da natureza?
Classificação da força
As forças podem ser classificadas como forças de contato ou forças de campo.
→ Forças de contato
As forças de contato são forças que ocorrem mediante o contato direto entre os corpos ou suas superfícies. Quando o contato é finalizado, elas deixam de atuar sobre eles. Entre seus tipos, estão:
-
força normal;
-
força de atrito;
-
força elástica.
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→ Forças de campo
Já as forças de campo são forças que ocorrem sem o contato direto entre os corpos ou suas superfícies, incluindo:
-
força peso;
-
força gravitacional;
-
força magnética;
-
força elétrica.
Fórmulas para calcular diferentes tipos de força
→ Fórmula da força resultante
\(\mathbf{F_R=m\cdot a}\)
\(F_R\) é a força resultante, medida em Newton \([N] \).
\(m \) é a massa do corpo, medida em quilogramas \([kg] \).
\(a \) é a aceleração do corpo, medida em \([m/s2 ]\).
→ Fórmula da força peso
\(\mathbf{P=m\cdot g}\)
\(P \) é a força peso, medida em Newton \([N] \).
\(m \) é a massa do corpo, medida em quilogramas \([kg] \).
\(g \) é a aceleração da gravidade, que vale aproximadamente \([10\ m/s^2 ]\).
→ Fórmula da força elástica
\(\mathbf{F_{el}=- k\cdot ∆x}\)
\(F_{el}\) é a força elástica, medida em Newton \([N] \).
\(k\) é a constante da mola, medida em \([N/m ]\).
\(∆x\) é a variação da deformação da mola (também chamada de elongação), medida em metros \( [m ]\).
→ Fórmula da força de atrito
\(\mathbf{f_{at}= μ\cdot N}\)
\(f_{at}\) é a força de atrito, medida em Newton \([N ]\).
\(μ \) é o coeficiente de atrito, podendo ser estático ou cinético.
\(N\) é a força normal, medida em Newton \([N ]\).
→ Fórmula da força de arraste
\(\mathbf{F_a=-\frac{1}2\cdot C\cdot Ï\cdot A\cdot v^2}\)
\(F_a \) é a força de arraste, medida em Newton \([N ]\).
\(C \) é o coeficiente de arraste.
\(Ï \) é a densidade do fluido, medida em \([kg/m^3] \).
\(A \) é a área do corpo que resiste ao movimento do fluido, medida em \([m^2] \).
\(v \) é a velocidade do corpo, medida em \([m/s] \).
→ Fórmula da força centrípeta
\(\mathbf{F_{cp}=m\cdot a_{cp}}\)
\(F_{cp}\) é a força centrípeta, medida em Newton \([N]\).
\(m\) é a massa do corpo, medida em quilograma \([kg] \).
\(a_{cp}\) é a aceleração centrípeta, medida em \([m/s^2 ]\).
→ Fórmula da força gravitacional
\(\mathbf{F=G\cdot \frac{M\cdot m}{d^2 }}\)
\(F\) é o módulo da força de atração gravitacional, medido em Newton \([N ]\).
\(G\) é a constante de gravitação universal, que vale \(\mathbf{6,67\cdot 10^{-11}\ N\cdot m^2/kg^2}\).
\(M\) é a massa do corpo 1, medida em quilogramas \([kg] \).
\(m\) é a massa do corpo 2, medida em quilogramas \( [kg] \).
\(d^2\) é a distância entre os planetas, medida em metros \( [m ]\).
→ Fórmula da força de empuxo
\(\mathbf{E=d_f\cdot V_{fd}\cdot g}\)
\(E\) é a força de empuxo, medida em Newton \( [N]\).
\(d_f\) é a densidade do fluido, medida em \([kg/m^3]\).
\(V_{fd}\) é o volume do fluido deslocado, medido em \(m^3 \).
\(g\) é a aceleração da gravidade, que vale aproximadamente \(10\ m/s^2 \).
→ Fórmula da força elétrica
\(\mathbf{F_e=k\cdot \frac{|Q_1 | \cdot |Q_2 |}{d^2 }}\)
\(F_e\) é a força elétrica, medida em Newton \([N]\).
\(k\) é a constante eletrostática do meio, medida em \( (N\cdot m)^2/C^2\).
\(|Q_1 | \) e \(|Q_2 |\) são os módulos das cargas das partículas, medidos em Coulomb \([C] \).
\(d\) é a distância entre as cargas, medida em metros \([m]\).
→ Fórmula da força magnética sobre partículas carregadas
\(\mathbf{F_m=|q|\cdot v\cdot B\cdot sin\ θ}\)
\(F_m\) é a força magnética, medida em Newton \([N]\).
\(q\) é o módulo da carga elétrica em excesso ou falta, medido em Coulomb \([C] \).
\(v\) é a velocidade da partícula em relação ao campo magnético, medida em \([m/s] \).
\(B\) é o campo magnético, medido em Tesla \([T] \).
\(θ \) é o ângulo formado entre a velocidade e o campo magnético, medido em graus \([°] \).
→ Fórmula da força magnética sobre condutores retilíneos
\(\mathbf{F_m=B\cdot i\cdot l\cdot sin\ θ }\)
\(F_m\) é a força magnética, medida em Newton \([N]\).
\(B\) é o campo magnético, medido em Tesla \([T] \).
\(i\) é a corrente elétrica, medida em Ampère \( [A] \).
\(l\) é o comprimento do fio, medido em metros \([m] \).
\(θ \) é o ângulo formado entre o comprimento do fio e o campo magnético, medido em graus \([°] \).
→ Fórmula da força magnética sobre dois condutores retilíneos
\(\mathbf{F_m=μ_o\cdot \frac{i_1\cdot i_2\cdot l}{2\cdot π\cdot d}}\)
\(F_m\) é a força magnética, medida em Newton \([N] \).
\(μo \) é a constante de permeabilidade magnética do vácuo, que vale \(4Ï€\cdot 10^{-7}\ T\cdot m/A\).
\(i_1\) é a corrente elétrica do condutor 1, medida em Ampère \([A] \).
\(i_2\) é a corrente elétrica do condutor 2, medida em Ampère \([A] \).
\(l\) é o comprimento do fio, medido em metros \( [m] \).
\(d\) é a distância entre os dois condutores, medida em metros \( [m] \).
Qual a unidade de medida da força?
Todas as forças são medidas em Newton, uma unidade de medida criada em homenagem ao físico Sir Isaac Newton (1643–1727), considerado o pai da Física Clássica. Em análise dimensional, 1 Newton equivale a \(1\ kg\cdot m/s^2\), que advém da equação da segunda lei de Newton, na qual a força é o produto da massa do corpo pela aceleração do corpo.
Saiba mais: Aplicações das leis de Newton — tema de Física muito recorrente nos vestibulares
Possíveis efeitos da força na Física
A força é capaz de produzir diversos efeitos, tais como:
-
alterar a direção de um corpo;
-
alterar o sentido de um corpo;
-
modificar a velocidade de um corpo durante o seu movimento, ocasionando sua aceleração;
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retirar um corpo do seu estado de repouso ou de equilíbrio, provocando o seu movimento;
-
causar deformações nos corpos.
Exercícios resolvidos sobre força
Questão 1
(Cesgranrio) A lei de Coulomb afirma que a força de intensidade elétrica de partículas carregadas é proporcional:
I. às cargas das partículas;
II. às massas das partículas;
III. ao quadrado da distância entre as partículas;
IV. à distância entre as partículas.
Das afirmações acima
a) somente I é correta.
b) somente I e III são corretas.
c) somente II e III são corretas.
d) somente II é correta.
e) somente I e IV são corretas.
Resolução:
Alternativa A.
Através da fórmula da força elétrica é possível observar que essa força é diretamente proporcional às cargas elétricas e inversamente proporcional ao quadrado da distância.
Questão 2
(Mack) O conjunto mostrado está em movimento devido à ação da força horizontal de 50 N. Despreze os atritos. O coeficiente de elasticidade da mola ideal que está entre os blocos A e B, de massas respectivamente iguais a 6 kg e 4 kg, é 1.000 N/m. A deformação sofrida pela mola é:
a) 2 cm
b) 4 cm
c) 5 cm
d) 7 cm
e) 10 cm
Resolução
Alternativa A.
Primeiramente, calcularemos a aceleração do sistema, através da fórmula da força resultante:
\(F_R=m\cdot a\)
A massa é dada em termos do somatório das massas dos dois blocos:
\(F_R=(M+m)\cdot a\)
\(50=(6+4)\cdot a\)
\(50=10\cdot a\)
\(a=\frac{50}{10}\)
\(a=5\ m/s^2 \)
Por fim, calcularemos a deformação sofrida pela mola no bloco A, através da fórmula da força resultante e da força elástica:
\(F_R=m\cdot a\)
Como a única força atuando sobre o bloco é a força elástica, então:
\(F_{el}=m\cdot a\)
\(k\cdot x=m\cdot a\)
\(1000\cdot x=4\cdot 5\)
\(1000\cdot x=20\)
\(x=\frac{20}{1000}\)
\(x=0,02\ m\)
Fontes
HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos da Física: Mecânica. 8. ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2009.
NUSSENZVEIG, Herch Moysés. Curso de física básica: Mecânica (vol. 1). 5 ed. São Paulo: Editora Blucher, 2015.
Por Pâmella Raphaella Melo
Professora de Física
