A palavra força aparece em praticamente todos os aspectos imagináveis da vida cotidiana, desde esportes e clima até conflitos militares. Mas, fundamentalmente, força é um conceito enraizado na física, onde tem um significado muito específico e crítico. A unidade padrão de força é o newton (N), igual a kg ⋅ m / s2.
Força é uma das duas quantidades da física que afetam o movimento de um objeto, sendo a outra a massa. A descrição do movimento dos objetos no espaço é chamada cinemática, que leva em consideração posição, velocidade e aceleração; incluindo força e massa no estudo do movimento introduz o conceito de dinâmica.
Leis do Movimento de Newton
Antes de aprender sobre forças específicas e como fazer cálculos envolvendo essa quantidade, é útil revisar as três leis básicas do movimento concebidas por Isaac Newton:
1. Cada objeto em um estado de movimento constante (incluindo repouso) permanecerá nesse estado, a menos que haja ação de uma força externa.
2. Força é o produto da massa e da aceleração.
3. Para cada força, existe uma força oposta na direção e igual em magnitude.
Segunda lei de newton é o de maior interesse se você deseja calcular a força, ou determinar a massa ou aceleração se tiver informações sobre a força e uma das outras duas quantidades. A aceleração é uma mudança na velocidade.
Exemplos de Forças
Você pode pensar em uma força como algo que empurra ou puxa; embora seja útil como metáfora, no entanto, isso não ajuda muito no avanço de sua compreensão do mundo real. Em vez disso, uma lista que mostra a gama de forças naturais é a melhor ferramenta para se familiarizar com as forças que você usará em seus cálculos físicos.
Peso é uma força misteriosa que atua sobre todos os objetos com massa e resulta da gravidade, que na superfície da Terra tem um valor de 9,8 metros por segundo ao quadrado (9,8 m / s2). Tensão, elasticidade, fricção e o assim chamado força normal são forças que atuam sobre sólidos; flutuabilidade, sustentação, empuxo e arrasto são forças exclusivamente associadas a fluidos (líquidos e gases).
O eletrostática e magnético as forças estão associadas a partículas carregadas. Além disso, a natureza inclui quatro forças fundamentais que dão origem a todas as outras forças. Uma delas é a gravidade, que é de longe a força fundamental mais fraca; os outros são eletromagnetismo e a Forte e nuclear fraco interações em átomos.
A Equação de Força
A forma padrão da fórmula de força na física afirma que o força externa líquida em um objeto é o produto de sua massa e sua aceleração:
\ textbf {F} = m \ textbf {a}
Aqui, força e aceleração são quantidades vetoriais, o que significa que eles têm um valor (magnitude, representado por um número) e uma direção no espaço associada a eles. Missa é uma quantidade escalar, o que significa que é totalmente descrito em termos de sua magnitude.
Calculando Exemplo de Força
Um carro compacto com massa de 1.000 kg está acelerando para o norte a 5 m / s2. Qual é a força produzida por esta aceleração?
F = (1.000 kg) (5 m / s2) = 5.000 N.
O carro finalmente atinge uma velocidade de 40 m / s (cerca de 90 milhas por hora) e nivela nessa velocidade. Qual é a força externa no carro agora?
Esta é uma espécie de questão capciosa. Embora um carro em alta velocidade tenha bastante impulso, se o carro não estiver experimentando aceleração, ambos os lados da força equação são zero, e não há força externa líquida agindo no sistema, neste caso consistindo apenas no carro. A quantidade física de maior interesse aqui, impulso, é o produto da massa pela velocidade v (compare com a equação de força).