Oforça resultanteé a soma vetorial de todas as forças que atuam em um corpo. (Lembre-se de que uma força é um empurrão ou um puxão.) A unidade SI para força é o newton (N), onde 1 N = 1 kgm / s2.
\ negrito {F_ {net}} = \ negrito {F_1 + F_2 + F_3 + ...}
A primeira lei de Newton afirma que um objeto em movimento uniforme - o que significa que está em repouso ou se movendo com velocidade constante - continuará a fazê-lo, a menos que seja acionado por uma força líquida diferente de zero. A segunda lei de Newton nos diz explicitamente como o movimento mudará como resultado desta força líquida:
\ bold {F_ {net}} = m \ bold {a}
A aceleração - mudança na velocidade ao longo do tempo - é diretamente proporcional à força resultante. Observe também que tanto a aceleração quanto a força resultante são grandezas vetoriais que apontam na mesma direção.
TL; DR (muito longo; Não li)
Uma força líquida de zero NÃO significa necessariamente que o objeto está parado! Uma força líquida de zero também NÃO significa que não há forças agindo sobre um objeto, pois é possível que várias forças atuem de uma forma que se cancelem.
Diagramas de corpo livre
O primeiro passo para encontrar a força resultante em qualquer objeto é desenhar umdiagrama de corpo livre(FBD) mostrando todas as forças que atuam sobre aquele objeto. Isso é feito representando cada vetor de força como uma seta originada do centro do objeto e apontando na direção em que a força está atuando.
Por exemplo, suponha que um livro esteja sobre uma mesa. As forças agindo sobre ela seriam a força da gravidade sobre o livro, agindo para baixo, e a força normal da mesa sobre o livro, agindo para cima. O diagrama de corpo livre desse cenário consistiria em duas setas de igual comprimento originadas do centro do livro, uma apontando para cima e a outra apontando para baixo.
Suponha que o mesmo livro estivesse sendo empurrado para a direita com uma força de 5 N enquanto uma força de atrito de 3 N opunha-se ao movimento. Agora, o diagrama de corpo livre incluiria uma seta 5-N à direita e uma seta 3-N à esquerda.
Finalmente, suponha que o mesmo livro estivesse inclinado, deslizando para baixo. Nesse cenário, as três forças são a força gravitacional no livro, que aponta diretamente para baixo; a força normal no livro, que aponta perpendicularmente à superfície; e a força de atrito, que aponta na direção oposta do movimento.
Calculando Força Líquida
Depois de desenhar o diagrama de corpo livre, você pode usar a adição vetorial para encontrar a força resultante que atua no objeto. Consideraremos três casos à medida que exploramos essa ideia:
Caso 1: Todas as forças estão na mesma linha.
Se todas as forças estiverem na mesma linha (apontando apenas para a esquerda e para a direita, ou apenas para cima e para baixo, por exemplo), determinar a força resultante é como simples como adicionar as magnitudes das forças na direção positiva e subtrair as magnitudes das forças na direção negativa direção. (Se duas forças são iguais e opostas, como é o caso com o livro apoiado na mesa, a força resultante = 0)
Exemplo:Considere uma bola de 1 kg caindo devido à gravidade, experimentando uma força de resistência do ar de 5 N. Há uma força para baixo devido à gravidade de 1 kg × 9,8 m / s2 = 9,8 N, e uma força ascendente de 5 N. Se usarmos a convenção de que para cima é positivo, a força resultante é 5 N - 9,8 N = -4,8 N, indicando uma força resultante de 4,8 N na direção para baixo.
Caso 2: Todas as forças estão em eixos perpendiculares e somadas a 0 ao longo de um eixo.
Nesse caso, devido à soma das forças de 0 em uma direção, só precisamos nos concentrar na direção perpendicular ao determinar a força resultante. (Embora o conhecimento de que as forças na primeira direção somam 0 às vezes possa nos dar informações sobre o forças na direção perpendicular, como ao determinar as forças de atrito em termos da força normal magnitude.)
Exemplo:Um carrinho de brinquedo de 0,25 kg é empurrado no chão com uma força 3-N atuando para a direita. Uma força de atrito 2-N age para se opor a este movimento. Observe que a gravidade também atua para baixo neste carro com uma força de 0,25 kg × 9,8 m / s2= 2,45 N, e uma força normal atua para cima, também com 2,45 N.(Como nós sabemos disso? Porque não há mudança no movimento na direção vertical conforme o carro é empurrado pelo chão, portanto, a força líquida na direção vertical deve ser 0.)Isso torna tudo simplificado para o caso unidimensional, porque as únicas forças que não se cancelam estão todas ao longo de uma direção. A força resultante no carro é então 3 N - 2 N = 1 N para a direita.
Caso 3: Todas as forças não estão confinadas a uma linha e não se encontram em eixos perpendiculares.
Se soubermos em que direção a aceleração estará, escolheremos um sistema de coordenadas em que essa direção esteja no eixo x positivo ou no eixo y positivo. A partir daí, dividimos cada vetor de força em componentes xey. Como o movimento em uma direção é constante, a soma das forças nessa direção deve ser 0. As forças na outra direção são então os únicos contribuintes para a força resultante e este caso foi reduzido para o Caso 2.
Se não sabemos em que direção estará a aceleração, podemos escolher qualquer coordenada cartesiana sistema, embora seja geralmente mais conveniente escolher um em que uma ou mais das forças repousam sobre um eixo. Divida cada vetor de força em componentes xey. Determine a força resultante noxdireção e a força líquida noydireção separadamente. O resultado fornece as coordenadas xey da força resultante.
Exemplo:Um carro de 0,25 kg rola sem atrito por uma inclinação de 30 graus devido à gravidade.
Usaremos um sistema de coordenadas alinhado com a rampa, conforme mostrado. O diagrama de corpo livre consiste na ação da gravidade diretamente para baixo e na força normal atuando perpendicularmente à superfície.
Devemos quebrar a força gravitacional em componentes x e y, o que dá:
F_ {gx} = F_g \ sin (\ theta) \\ F_ {gy} = F_g \ cos (\ theta)
Desde o movimento noydireção é constante, sabemos que a força resultante noydireção deve ser 0:
F_N - F_ {gy} = 0
(Nota: esta equação nos permite determinar a magnitude da força normal.)
Na direção x, a única força éFgx, por isso:
F_ {net} = F_ {gx} = F_g \ sin (\ theta) = mg \ sin (\ theta) = 0,25 \ vezes9,8 \ vezes \ sin (30) = 1,23 \ texto {N}
Como Encontrar Aceleração da Força Líquida
Depois de determinar seu vetor de força líquida, encontrar a aceleração de um objeto é uma aplicação simples da segunda lei de Newton.
\ bold {F_ {net}} = m \ bold {a} \ implica \ bold {a} = \ frac {\ bold {F_ {net}}} {m}
No exemplo anterior do carro de 0,25 kg rolando pela rampa, a força líquida era 1,23 N descendo a rampa, então a aceleração seria:
\ bold {a} = \ frac {\ bold {F_ {net}}} {m} = \ frac {1,23} {0,25} = 4,92 \ text {m / s} ^ 2 \ text {descendo a rampa}