Força tem um significado específico na física e - ao contrário dos filmes - não tem nada a ver com a harmonia subjacente do universo. Na física, uma força é um empurrão ou puxão resultante de uma interação entre dois objetos. Uma força pode resultar do contato direto, como uma criança empurrando uma carroça, ou de uma ação à distância, como a atração gravitacional que a Terra exerce sobre a lua. Dentro dessas duas categorias amplas, é possível identificar pelo menos 10 forças diferentes que ajudam a moldar o universo e a condicionar nossa experiência nele.
Forças de contato
Quando formulou suas leis do movimento, Sir Isaac Newton, sem dúvida, imaginou as forças de contato como seus principais exemplos. Essas são as forças que resultam da interação física direta entre dois objetos. De acordo com a Segunda Lei de Newton:
F = ma
uma força de magnitude F produz uma aceleração "a" quando aplicada a um objeto com massa "m".
Força aplicada- Este é o tipo de força mais fácil de entender. Empurre um objeto e o objeto empurra para trás, diz a Primeira Lei de Newton, até que a magnitude da força supere a inércia do objeto. Nesse ponto, o objeto começa a se mover e, na ausência de outras forças, acelera em uma quantidade proporcional às magnitudes de sua massa e à força aplicada.
Força normal- Força é uma grandeza vetorial, o que significa que sua magnitude depende da direção. Em qualquer interação entre dois objetos, a força normal é a força perpendicular à interface entre os objetos em interação. A força normal nem sempre produz movimento. Por exemplo, uma mesa exerce uma força normal sobre um livro para superar a força da gravidade e evitar que o livro caia.
Força de fricção- A força de atrito geralmente resiste ao movimento. É o resultado do fato de que as superfícies do mundo real não são perfeitamente lisas. A magnitude da força de atrito exercida por uma superfície depende do coeficiente de atrito do material do qual a superfície é feita, bem como do objeto que se move ao longo dela. A força de atrito em um objeto em repouso, chamada de atrito estático, é diferente daquela em um objeto em movimento, chamada de atrito deslizante.
A resistência do ar- Objetos que se movem pela atmosfera da Terra encontram uma força resistiva criada pelo atrito gerado pelas moléculas de ar. Essa força se torna mais forte com o aumento da velocidade e o aumento da área de superfície perpendicular à direção do movimento. É uma quantidade importante nas indústrias de aviação e aeroespacial.
Força de tensão- Amarre um barbante em um objeto fixo, puxe a outra ponta e o barbante puxa para trás até quebrar. A força que a corda exerce é a força de tensão aplicada ao longo de seu comprimento. É uma propriedade do material de que o fio é feito e também do diâmetro.
Força da primavera- A quantidade de força necessária para comprimir uma mola depende do material de que a mola é feita, do diâmetro do fio que forma as bobinas e do número de bobinas. Essas propriedades são quantificadas em um número característico da mola, denominado constante de mola "k". A força necessária para comprimir a mola a uma distância "x" é dada pela Lei de Hooke:
F = kx
Forças de Ação à Distância
As forças fundamentais da natureza que mantêm os planetas girando e o sol e as estrelas em chamas agem à distância. Sem eles, o universo que conhecemos provavelmente não existiria ou, se existisse, seria um lugar muito diferente.
Força gravitacional- O motivo da existência dessa força é um mistério, mas se ela não existisse, planetas e estrelas não seriam capazes de se formar. A magnitude da força gravitacional que os objetos exercem uns sobre os outros depende das massas dos objetos e do inverso do quadrado da distância entre eles. Quanto mais massivos os objetos e / ou quanto menor a distância entre eles, mais forte é a força.
Força Eletromagnética- Embora não pareçam iguais, eletricidade e magnetismo estão relacionados. O fluxo de elétrons produz magnetismo e um ímã em movimento produz eletricidade. A relação entre esses fenômenos foi explicada pelo físico escocês James Clerk Maxwell no século 19 e é quantificada em suas equações. A eletricidade exerce uma força por meio da atração ou repulsão de partículas carregadas, enquanto a força magnética se deve à atração ou repulsão causada pelos pólos magnéticos.
A força forte- Como todos os prótons são carregados positivamente, eles se repelem e não seriam capazes de formar um núcleo atômico se a força forte não existisse para mantê-los juntos. A força forte é a força mais poderosa da natureza. É também aquele que une os quarks para formar prótons e nêutrons.
A Força Fraca- A força fraca é outra força nuclear fundamental. É mais forte que a gravidade, mas só funciona em distâncias infinitesimalmente curtas. Transportada por feixes subatômicos de energia chamados bósons, a força fraca faz com que os prótons se transformem em nêutrons e vice-versa durante o decaimento nuclear. Sem essa força, a fusão nuclear seria impossível e estrelas, como o sol, não existiriam.