Forças e Movimento. Força e movimento ao longo da história

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1 Forças e Movimento Prof. lucasmarqui A força é uma das principais grandezas estudadas em Física, e sua definição geralmente está associada a ações como puxar, chutar, empurrar e arrastar, o que transmite a ideia de coexistência entre força e movimento. Por mais que esses verbos realmente expressem a ideia dessa grandeza vetorial, nem sempre isso é feito de forma completa. Ao associar simplesmente a força a ações, exclui-se sua atuação a distância. A Terra, por exemplo, sofre a ação da força gravitacional do Sol, que está a aproximadamente 150 milhões de quilômetros. Também não é verdadeira a afirmação de que força e movimento sempre vão coexistir. uma ponte ou prédio, por exemplo, existem inúmeras forças que atuam por meio de cabos e estruturas rígidas, e a atuação dessas forças mantém toda esse construção em repouso. Força e movimento ao longo da história Ao longo do desenvolvimento da história da ciência, surgiram muitas discussões a respeito da relação entre força e movimento. Para o filósofo grego Aristóteles ( a.c.), só poderia existir velocidade caso houvesse a aplicação de uma força. Segundo essa linha de raciocínio, um objeto só pode atingir o repouso se a força que atua sobre ele deixar de agir. Somente no século XVII, a partir das contribuições do italiano Galileu Galilei ( ), foi possível ter clareza a respeito das ideias relacionadas a força e movimento. Para Galileu, a força é responsável pela variação do valor da velocidade, desse modo, um objeto que se movimente com velocidade constante não estaria submetido à ação de força alguma. Segundo a visão do físico italiano, um objeto, após ser impulsionado, só entraria em repouso por causa da ação de forças externas, como as forças de atrito com o solo e o ar. Caso não exista atrito, um objeto, uma vez impulsionado, permaneceria infinitamente em movimento. As contribuições trazidas pelo físico inglês Isaac Newton ( ) puseram um fim às discussões relativas a força e movimento. O conceito da inércia, conhecido como Primeira Lei de Newton, expõe a relação existente entre a aplicação de forças e o movimento dos objetos. De acordo com Newton, uma força imprimida é uma ação exercida sobre um corpo a fim de modificar o seu estado, seja de repouso ou de movimento uniforme para a frente em linha reta. Essa força consiste somente na ação e não mais permanece no corpo quando a ação termina Pagina: 1

2 A ideia da inércia mostra-nos que a força é responsável por alterar a velocidade dos objetos, portanto, caso um objeto movimente-se com velocidade constante, não existirá sobre ele a ação de uma força resultante. Velocidade Média Vamos supor que, viajando de automóvel, você observa uma placa que sinaliza km 130 quando o relógio marca 10h e que às 12h você, na mesma estrada, passa pela placa que marca km 290. Você poderá saber a velocidade média do veículo realizando os seguintes cálculos: O valor obtido da expressão anterior apenas nos dá a ideia da rapidez com que foi feito esse percurso. Em alguns pontos do trecho descrito acima, o veículo pode ter se deslocado com velocidade muito maior ou muito menor que 80 km/h. O veículo pode, até mesmo, ter realizado algumas paradas durante algum tempo. A velocidade média de um móvel pode ser interpretada como o valor da velocidade constante que um segundo móvel deveria manter para fazer o mesmo percurso no mesmo tempo que o móvel em estudo. Sabemos que o conceito de deslocamento é a medida da distância entre duas posições ocupadas pelo corpo em movimento, sobre uma trajetória. Essa medida costuma ser obtida entre duas referências como, por exemplo, entre marcos quilométricos de uma estrada. Já o conceito de velocidade escalar nos dá a ideia numérica da rapidez com que o corpo se movimenta e em que orientação ele o faz. Essa velocidade pode estar relacionada a um intervalo de tempo, quando é denominada velocidade escalar média. A velocidade escalar instantânea representa a velocidade de um móvel num determinado instante de seu movimento. A velocidade escalar média (vm) de um móvel é, por definição, a razão entre o deslocamento escalar (ΔS) e o intervalo de tempo (Δt) gasto para percorrê-lo. Assim, a expressão matemática da velocidade escalar média é: Na equação acima temos: Vm velocidade escalar média. ΔS variação do espaço. Δt variação do tempo. Pagina: 2

3 O intervalo de tempo (Δt) é a diferença entre o instante inicial to e o instante final t, correspondente ao início e ao fim do percurso, e é representado pela expressão: t=t-t0 Vejamos que como (Δt) é uma grandeza positiva, vm terá sempre o mesmo sinal de (ΔS). No SI (Sistema Internacional de Unidades), a unidade de medida da velocidade média é m/s. Para fazermos as conversões m/s para km/h e vice-versa, poderemos fazer uso do seguinte esquema: Na física, o movimento uniforme (MU) designa a trajetória de um corpo a partir de determinado referencial, sob velocidade e aceleração constantes. Dessa forma, o movimento uniforme caracteriza o movimento constante cuja distância percorrida pelo corpo apresenta intervalos de tempos iguais. Por exemplo, um carro que percorre uma trajetória (São Paulo-Rio de Janeiro) com velocidade constante de 120km/h. Movimento Uniformemente Variado A partir do exemplo acima, vale ressaltar que se a velocidade do carro aumentar com o decorrer do tempo, dizemos que seu movimento é acelerado. Por outro lado, se a velocidade do corpo diminui com o passar do tempo, o movimento descrito pelo carro é considerado retardado. Nesse caso onde há variação da velocidade e sua aceleração é constante, o movimento é chamado de uniformemente variado (MUV). Pagina: 3

4 Movimento Retilíneo Uniforme Note que no movimento uniforme (MU) o trajeto percorrido pelo corpo pode ser realizado em diversas formas (circular, curvilíneo, etc.), desde que o corpo permaneça com velocidade constante. No movimento retilíneo uniforme (MRU) o corpo está sob velocidade constante, contudo, a trajetória percorrida pelo corpo é baseada numa linha reta, por isso, o nome retilíneo. Equação Horária do Movimento Uniforme Para calcular o movimento uniforme de um corpo, ou seja, o valor da posição para determinado intervalo de tempo em função de sua velocidade, basta utilizar a fórmula da velocidade média (Vm). Aceleração A aceleração é a grandeza que determina a taxa de variação da velocidade em função do tempo. Em outras palavras, ela indica o aumento ou a diminuição da velocidade com o passar do tempo. A aceleração é uma grandeza vetorial, portanto, possui módulo, direção e sentido. A equação abaixo determina o módulo da aceleração: a = Δv Δt a = aceleração (m/s 2 ); Δv = variação de velocidade (J); Δt = variação do tempo (s). Direção e sentido da aceleração Quando o valor da aceleração é positivo, significa que ocorreu um aumento da velocidade com o passar do tempo. Nesse caso, o movimento é chamado de movimento acelerado, e o vetor aceleração possui mesma direção e sentido do vetor velocidade. Quando o valor da velocidade é negativo, significa que ocorreu uma diminuição da velocidade com o passar do tempo. Nesse caso, o movimento é chamado Pagina: 4

5 de movimento retardado, e o vetor aceleração possui mesma direção e sentido oposto à velocidade. Unidade de medida para aceleração De acordo com o Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade de medida para a velocidade é o metro por segundo (m/s). Como a aceleração é a razão entre a variação de velocidade e a variação do tempo, a sua unidade é fruto da razão entre as unidades de velocidade e de tempo, portanto: (m/s) / s = m/s 2 A aceleração é dada em metros por segundo ao quadrado, ou seja, um corpo que possui aceleração igual a 8 m/s 2 tem a sua velocidade aumentada em 8 m/s a cada segundo de movimento. Aceleração da gravidade Todo corpo que executa queda livre nas proximidades da superfície terrestre cai sempre com o mesmo valor de aceleração. Essa aceleração é conhecida como aceleração da gravidade e está relacionada com a massa do planeta e o quadrado da distância entre o corpo e a superfície do planeta. Para a Terra, a aceleração da gravidade corresponde a 9,8 m/s 2. Isso quer dizer que, nas proximidades da superfície terrestre, qualquer corpo que esteja em queda livre possuirá um aumento de velocidade referente a 9,8 m/s a cada segundo de movimento. Na Lua, por exemplo, esse acréscimo corresponde a 1,6 m/s a cada segundo, logo, a gravidade de nosso satélite natural é 1,6 m/s 2. Referências Bibliográficas mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/forca-movimento.htm Pagina: 5

6 brasilescola.uol.com.br/fisica/forca-movimento.htm Livro Didático PROJETO ARARIBÁ 9º ANO Pagina: 6