Força, como um conceito da física, é descrita pela segunda lei de Newton, que afirma que a aceleração ocorre quando uma força atua sobre uma massa. Matematicamente, isso significa:
F = ma
embora seja importante notar que a aceleração e a força são quantidades vetoriais (ou seja, ambas têm um magnitude e uma direção no espaço tridimensional), enquanto a massa é uma quantidade escalar (ou seja, tem uma magnitude só). Em unidades padrão, a força tem unidades de Newtons (N), a massa é medida em quilogramas (kg) e a aceleração é medida em metros por segundo ao quadrado (m / s2).
Algumas forças são forças sem contato, o que significa que agem sem que os objetos que as experimentam estejam em contato direto entre si. Essas forças incluem a gravidade, a força eletromagnética e as forças internucleares. As forças de contato, por outro lado, exigem que os objetos se toquem, seja por um mero instante (como uma bola batendo e quicando em uma parede) ou por um período prolongado (como uma pessoa rolando um pneu em um Colina).
Na maioria dos contextos, a força de contato exercida sobre um objeto em movimento é a soma vetorial das forças normais e de atrito. A força de atrito atua exatamente oposta às direções do movimento, enquanto a força normal atua perpendicular a esta direção se o objeto estiver se movendo horizontalmente em relação à gravidade.
Etapa 1: determinar a força de atrito
Esta força é igual aocoeficiente de fricçãoµ entre o objeto e a superfície multiplicado pelo peso do objeto, que é sua massa multiplicada pela gravidade. Desse modo:
F_f = \ mu mg
Encontre o valor de μ procurando em um gráfico online como o de Engineer's Edge.Observação:Às vezes, você precisará usar o coeficiente de atrito cinético e, em outras ocasiões, precisará saber o coeficiente de atrito estático.
Suponha para este problema que Ff = 5 Newtons.
Etapa 2: determinar a força normal
Esta força, FN, é simplesmente a massa do objeto vezes a aceleração da gravidade vezes o seno do ângulo entre a direção do movimento e o vetor de gravidade vertical g, que tem um valor de 9,8 m / s2. Para este problema, suponha que o objeto esteja se movendo horizontalmente, então o ângulo entre a direção do movimento e a gravidade é 90 graus, que tem um seno de 1. Assim FN = mg para os presentes fins. Se o objeto estivesse deslizando por uma rampa orientada a 30 graus em relação à horizontal, a força normal seria:
F_N = mg \ vezes \ sin {(90-30)} = mg \ vezes \ sin {60} = mg \ vezes 0,866
Para este problema, entretanto, assuma uma massa de 10 kg. FN é, portanto, 98 Newtons.
Etapa 3: Aplicar o Teorema de Pitágoras para Determinar a Magnitude da Força de Contato Geral
Se você imaginar a força normal FN agindo para baixo e a força de atrito Ff agindo horizontalmente, a soma vetorial é a hipotenusa que completa um triângulo retângulo unindo esses vetores de força. Sua magnitude é assim:
\ sqrt {F_N ^ 2 + F_f ^ 2}
qual para este problema é
\ sqrt {15 ^ 2 + 98 ^ 2} = \ sqrt {225 + 9604} = 99,14 \ texto {N}