Aprofunde-se na Dinâmica: entenda os diferentes tipos de forças (gravitacional, atrito, normal), interações, planos inclinados, roldanas e talha mecânica.
1. Introdução: A Dinâmica Além das Leis de Newton
A Dinâmica é a área da Física que estuda as causas dos movimentos. Após aprender as Três Leis de Newton, é hora de ir além. Nesta etapa, aprofundamos o estudo das forças específicas, interações por contato e à distância, além da análise de sistemas como planos inclinados, roldanas e talhas mecânicas. Todos esses conteúdos são fundamentais para resolver questões desafiadoras em vestibulares e no ENEM.
2. Medição da Força: O Dinamômetro
A força é uma grandeza vetorial medida em newtons (N). Um instrumento utilizado para medir a força é o dinamômetro, que funciona com base na Lei de Hooke, que relaciona a deformação de uma mola com a força aplicada. Quanto maior o alongamento da mola, maior a força aplicada sobre ela.
3. Forças de Resistência e de Atrito
Existem forças que dificultam ou impedem o movimento de um corpo. As mais comuns são:
a) Força de Atrito
Aparece sempre que há contato entre superfícies. Existem dois tipos:
- Atrito estático: atua quando não há movimento, mas existe a tendência de escorregamento. É uma força variável, com um valor máximo.
- Atrito cinético (ou dinâmico): aparece quando já existe movimento entre as superfícies. Seu valor é aproximadamente constante.
A força de atrito depende da força normal (N) e do coeficiente de atrito (μ), e é calculada por:
Fat = μ · N
b) Força de Resistência do Ar (ou de Fluidos)
É uma força que se opõe ao movimento de um corpo em um fluido (como ar ou água). Depende da velocidade, da forma do corpo e da densidade do fluido.
4. Interações por Contato e de Campo
As forças podem ser classificadas em dois grandes grupos:
a) Forças de Contato
Ocorrem quando há contato físico direto entre os corpos que interagem.
- Força Normal (N): força perpendicular à superfície que impede que um corpo atravesse outro.
- Força de Tração (T): transmitida por cordas, fios ou cabos tensionados.
- Empuxo (E): força para cima exercida por um fluido sobre um corpo imerso.
b) Forças de Campo (sem contato direto)
Ocorrem sem que haja contato físico entre os corpos, atuando através de um “campo de força”.
- Força Peso (P): força gravitacional que atua sobre um corpo, Onde: P = m · g
- P é a força peso (N)
- m é a massa do corpo (kg)
- g é a aceleração da gravidade (m/s²), geralmente 10 m/s²
- Força Elétrica: atua, à distância, entre cargas elétricas.
- Força Magnética: atua, à distância, entre ímãs e cargas elétricas em movimento.
5. Plano Inclinado: Análise Vetorial da Força Peso
Um plano inclinado é uma superfície que forma um ângulo (θ) com a horizontal. Ao posicionar um corpo sobre esse plano, a força peso (P) deve ser decomposta em duas componentes:
- Componente paralela ao plano:
Px = P · sen(θ) - Componente perpendicular ao plano:
Py = P · cos(θ)
A força Px tende a deslizar o corpo para baixo, enquanto Py é equilibrada pela força normal da superfície. A aceleração do corpo depende da resultante das forças paralelas ao plano, segundo a Segunda Lei de Newton: F = m · a
6. Roldanas e Talha Mecânica
As roldanas são dispositivos que servem para mudar a direção de uma força e/ou para reduzir a intensidade da força necessária para levantar um objeto. Elas podem ser:
a) Roldana Fixa
- Muda apenas a direção e o sentido da força aplicada. sem alterar sua intensidade.
- Não altera a intensidade da força necessária para levantar um peso.
b) Roldana Móvel
- Reduz a intensidade da força necessária para levantar um peso.
- Uma única roldana móvel divide pela metade a força necessária pela metade.
c) Talha Mecânica
É uma associação de roldanas fixas e móveis, utilizada para levantar grandes cargas com menor forca.
Em um sistema com n roldanas móveis, a força necessária para levantar um peso (chamada de força potente) é:
- Força potente necessária:
F = P / 2n
Onde:
- F: é a força aplicada (N)
- P: é o peso da carga (N)
- n: é o número de roldanas móveis
7. Resolvendo Problemas de Dinâmica
Para resolver problemas mais elaborados, siga estas etapas:
- Desenhe o Diagrama de Corpo Livre (DCL):
Identifique e represente todas as forças que atuam sobre o corpo. Isso inclui peso, normal, tração, força de atrito, empuxo, entre outras. - Decomponha as forças:
Se houver superfícies inclinadas ou forças que não estejam alinhadas com os eixos principais, faça a decomposição em componentes (horizontal e vertical, ou paralela e perpendicular ao plano). Isso facilita a análise. - Aplique a Segunda Lei de Newton:
- Na direção do movimento: F = m · a
- Na direção perpendicular ao movimento (sem deslocamento): F = 0
- Monte e resolva as equações:
Use as equações obtidas em cada direção para encontrar as incógnitas do problema, como força, aceleração ou tensão.
Conclusão
Nesta etapa da Dinâmica, aprofundamos o entendimento das forças envolvidas no movimento dos corpos. Estudar a força de atrito, o plano inclinado, as roldanas e a talha mecânica amplia sua capacidade de resolver problemas de física aplicada. Saber identificar as forças corretas, usar diagramas de corpo livre e aplicar a Segunda Lei de Newton em diferentes eixos é essencial para dominar essa parte da mecânica e se destacar nas provas.
