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Forças e Leis de Newton
Pode parecer simples, mas é importante saber identificar qual das três leis de Newton
está sendo exemplificada em determinado fenômeno. Então vamos lembrar essas leis.
A Primeira Lei de Newton nos diz basicamente que:
A primeira lei nada mais é do que o que você sente sempre ao andar de ônibus.
O motorista entra na curva fazendo você sentir como se fosse voar pela janela. Isso
acontece porque a sua tendência é continuar seguindo reto, mas o ônibus te "força" a
fazer a curva.
Já a Segunda Lei de Newton nos diz:
É daqui que vem a famosa fórmula:
𝐹⃗𝑟 = 𝑚. 𝑎⃗
E a Terceira Lei de Newton fala pra a gente que:
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Se liga! Uma força 𝐹⃗ aplicada por um menino em uma bola. Pela terceira lei, vai
produzir uma força −𝐹⃗ que é o par ação e reação.
Mas peraí, se o par ação e reação é 𝐹⃗ e −𝐹⃗, essas forças não irão se anular? Como a
bola vai se mover?
O que acontece é que a força 𝐹⃗ é aplicada à bolinha, mas a força −𝐹⃗ é aplicada no
menino. Então como as forças são aplicadas em corpos diferentes. Não há como elas
se anularem.
Agora, para analisar a dinâmica do objeto, você precisará analisar a existência dessas
forças:
● Peso (𝑃⃗⃗): É a força de atração da gravidade, uma força já conhecida por
todos né? Sua fórmula é:
𝑃⃗⃗ = 𝑚𝑔⃗
Assim como a gravidade, ela sempre aponta para baixo.
● Normal (𝑁⃗⃗⃗): É a força de reação de uma superfície. Ela não possui
fórmula, mas vai estar presente quando o corpo estiver em contato com
alguma coisa.
É importante lembrar que ela é sempre perpendicular à superfície que está
encostada.
● Tração (𝑇⃗⃗): Sempre que tivermos fios esticados, estando presos no
objeto, vamos ter a tração.
Assim como a normal ela não tem fórmula definida. O sentido da tração
SEMPRE aponta para o fio.
● Elástica (𝐹⃗𝑒𝑙): Sempre que tivermos molas interagindo com o objeto, teremos
força elástica. A fórmula para o módulo da força elástica é
𝐹𝑒𝑙 = 𝑘 ∙ Δ𝑥
Onde 𝑘 é a constante elástica da mola, e Δ𝑥 é o quanto a mola muda de
tamanho em relação a ela mesma sem ação de força.
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Força de Atrito
Existem dois tipos de força de atrito, vamos lembrar deles:
Atrito Estático: Quando um objeto está parado, apoiado sobre uma superfície,
e tentamos movê-lo, é a força de atrito estático que impede esse movimento.
Porém existe um limite de atrito que o objeto aguenta sobre a superfície, que
quando fizermos mais força o corpo sai do repouso e se move.
𝐹𝑎𝑡 𝑚𝑎𝑥
= 𝜇 𝑒 𝑁
Atrito Dinâmico ou Cinético: Quando um objeto está em movimento numa
superfície, essa superfície tenta parar o movimento.
Essa força que a superfície faz e que é tipo uma força de “frenagem” é a força
de atrito Cinético. Nesse caso ela pode ser calculada com:
𝐹𝑎𝑡 = 𝜇 𝑑 𝑁
OBS.: Um erro muito comum nas provas é a questão pedir o valor da força de atrito
estática e o aluno calcular utilizando a fórmula do atrito cinético.
Então atenção!
Essa fórmula é da força de atrito estática MÁXIMA. Só pode ser utilizada quando a
questão falar especificamente que é na iminência de se movimentar.
Força Centrípeta
É a força responsável por mudar a direção do movimento (fazer a curva). Essa força
aponta sempre para o centro da curva e tem a fórmula:
𝐹𝑐𝑝 = 𝑚
𝑣2
𝑅
Sempre que tiver alguma curva, essa fórmula poderá ser usada. Às vezes é útil para
descobrir a força resultante.
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Trabalho e Energia Cinética
O trabalho de uma força pode ser calculado por:
𝑊 = 𝐹 cos 𝜃 ⋅ 𝑑
Onde 𝜃 é o ângulo entre a força e a trajetória do objeto.
Trabalho da Força Peso:
Quando ele está descendo
𝑊 = 𝑚𝑔ℎ
Quando ele está subindo
𝑊 = −𝑚𝑔ℎ
Trabalho da Força Normal:
𝜃 = 90°
Logo, o trabalho da força normal sempre será nulo.
𝑊 = 0 J
Gráfico de força por deslocamento:
Em alguns momentos vamos ver o gráfico da força pela posição.
Para acharmos o trabalho nesse caso, basta calcular a área do gráfico.
Energia Cinética:
A energia cinética é a energia associada ao movimento, que é representado pela
velocidade.
𝐾 =
𝑚𝑣2
2
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Outro que não pode esquecer na prova é o teorema trabalho energia que diz que o
trabalho da força resultante é igual à variação da energia cinética.
𝑊𝑟𝑒𝑠𝑢𝑙 = Δ𝐾
𝑊𝑟𝑒𝑠𝑢𝑙 =
𝑚
2
(𝑣𝑓
2
− 𝑣0
2
)
Em alguns casos, pode ser perguntado, também, sobre a potência da força, mas não
tem mistério. É só usar a fórmula:
𝑃𝑜𝑡 =
𝑊 𝐹⃗
∆𝑡
Em último caso, se o trabalho não for realizado em um movimento retilíneo, aí você
terá que apelar para a integral:
𝑊𝑃1→𝑃2 = ∫ 𝐹⃗ ⋅ 𝑑𝑟⃗
𝑃2
𝑃1
Onde 𝑑𝑟⃗ corresponde à distância infinitesimal.
Energia Potencial e Conservação de
Energia
A energia potencial é dividida em duas:
Energia potencial gravitacional:
Energia potencial associada à gravidade.
𝑈𝑔 = 𝑚𝑔ℎ
Onde ℎ é a altura em relação a um “chão”.
Energia potencial elástica:
Energia potencial associada a uma mola.
𝑈𝑒𝑙 =
𝑘Δ𝑥2
2
Lembrando que Δ𝑥 é o quanto a mola muda de tamanho.
Dentro do assunto de energia potencial, você pode se deparar com questões que
envolvam um gráfico de energia potencial.
Sobre esse gráfico há 𝟑 tipos de equilíbrio que precisamos saber.
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Vamos analisar o gráfico abaixo.
Temos a energia mecânica que na ausência de forças dissipativas é conservada.
𝐸 𝑚 = 𝐾 + 𝑈
Lembre-se de que
𝑈 = 𝑈𝑔 + 𝑈𝑒𝑙
E, caso tenha forças dissipativas, basta utilizar a fórmula abaixo para achar o trabalho:
Δ𝐸 𝑚 = 𝑊𝑑𝑖𝑠𝑠𝑖𝑝𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎𝑠
Analisando os pontos do gráfico, temos os equilíbrios:
1. Estável: É quando um objeto, que está em equilíbrio, se move, mas logo em
seguida ele volta à posição de equilíbrio.
É representado por um “vale” no gráfico.
Temos dois pontos de equilíbrio estável nesse gráfico.
2. Instável: É quando um objeto, que está em equilíbrio, se move e, logo em
seguida, sai do equilíbrio e não retorna mais.
É representado pelo pico de um “morro” no gráfico.
Também temos dois pontos de equilíbrio instável nesse gráfico
3. Indiferente: É quando não é nem ponto de equilíbrio estável, nem de
equilíbrio instável.
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