O que é força?

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
  • → Forças de contato
  • → Forças de campo
• 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. 

• 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.

• 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.

• Módulo: também conhecido como intensidade ou valor numérico, trata-se do tamanho da grandeza vetorial, dado através de um número positivo.

• Direção: trata-se da posição da grandeza física, podendo ser horizontal, vertical ou diagonal.

• 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. Para saber mais sobre essa força, clique aqui.

• Força peso: é a força de atração gravitacional exercida pelo planeta sobre os corpos em sua superfície ou próximo a ele. Para saber mais sobre essa força, clique aqui.

• Força de tração: é a força aplicada aos corpos através de um cabo, fio, corrente e outros itens. Para saber mais sobre essa força, clique aqui.

• Força elástica: é a força associada à deformação dos corpos que possuem propriedades elásticas, como molas, borrachas e elásticos. Para saber mais sobre essa força, clique aqui.

• 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. Para saber mais sobre essa força, clique aqui.

• Força de arraste: é a força que se opõe ao movimento dos corpos que estão em um fluido (líquidos ou gases). Para saber mais sobre essa força, clique aqui.

• 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. Para saber mais sobre essa força, clique aqui.

• Força gravitacional: é a força de atração entre corpos providos de massa.

• Força de empuxo: é a força hidrostática sobre os corpos imersos em fluidos (líquidos ou gases). Para saber mais sobre essa força, clique aqui.

• Força elétrica: força de interação atrativa ou repulsiva entre corpos eletrizados. Para saber mais sobre essa força, clique aqui.

• Força magnética: força de interação entre corpos que apresentam propriedades magnéticas, como cargas elétricas, imãs e condutores elétricos.

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.

→ 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

\(\mathbf{F_a=-\frac{1}2\cdot C\cdot ρ\cdot A\cdot v^2}\)

\(F_a \) é a força de arraste, medida em Newton \([N ]\).

\(C \) é o coeficiente de arraste.

\(ρ \) 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;

• 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