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 de 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:
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:
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).
Força de Atrito
Até agora, para calcularmos a força, ou aceleração de um corpo,
consideramos que as superfícies por onde este se deslocava, não exercia nenhuma
força contra o movimento, ou seja, quando aplicada uma força, este se
deslocaria sem parar.
Mas sabemos que este é um caso idealizado. Por mais lisa que uma
superfície seja, ela nunca será totalmente livre de atrito.
Sempre que aplicarmos uma força a um corpo, sobre uma superfície, este
acabará parando.
É isto que caracteriza a força de atrito:
- Se opõe
ao movimento;
- Depende
da natureza e da rugosidade da superfície (coeficiente de atrito);
- É
proporcional à força normal de cada corpo;
- Transforma
a energia cinética do corpo em outro tipo de energia que é liberada ao
meio.
A força de atrito é calculada pela seguinte relação:
Onde:
μ: coeficiente de atrito (adimensional)
N: Força normal (N)
fonte: http://www.sofisica.com.br/conteudos/Mecanica/Dinamica/leisdenewton.php
