Como calcular força
Força é massa vezes aceleração. A fórmula é a parte fácil; os pontos estão em perceber que F é a força resultante e em obter a aceleração quando a questão entrega uma variação de velocidade no lugar.
A fórmula
F = m a, em que F é a força resultante em newtons, m é a massa em quilogramas e a é a aceleração em metros por segundo ao quadrado. Um newton é um quilograma metro por segundo ao quadrado, e por isso as unidades só fecham se a massa estiver em quilogramas.
Força resultante, não força aplicada
- Some todas as forças que atuam, levando o sentido em conta.
- Forças em sentidos opostos se subtraem, então um empurrão de 50 N contra 20 N de atrito dá resultante de 30 N.
- Se a força resultante é zero, o corpo não acelera, embora possa continuar se movendo.
Obter a aceleração primeiro
Muitos enunciados dão variação de velocidade em vez de aceleração. Use a = variação de velocidade dividida pelo tempo e depois substitua em F = m a. Fazer isso em dois passos bem identificados é o que mantém as unidades em ordem.
Exemplos resolvidos
Exemplo 1
Questão
Uma caixa de 15 kg acelera a 4 m/s ao quadrado. Qual força resultante age sobre ela?
Resposta
60 N
Passos
- 1Liste os dados: m = 15 kg, a = 4 m/s ao quadrado.
- 2Aplique F = m a.
- 3Substitua com unidades: F = 15 kg x 4 m/s ao quadrado.
- 4F = 60 kg m/s ao quadrado, ou seja, 60 N.
Exemplo 2
Questão
Uma bola de beisebol de 0,145 kg é parada de 40 m/s em 0,005 s. Ache a força média.
Resposta
1160 N
Passos
- 1Primeiro a aceleração: a = variação de velocidade / tempo = 40 / 0,005.
- 2Isso dá a = 8000 m/s ao quadrado, uma desaceleração.
- 3Agora aplique F = m a: F = 0,145 x 8000.
- 4F = 1160 N, no sentido oposto ao movimento.
- 5Confira o bom senso: um tempo de parada muito curto gera uma força muito grande, e é por isso que as luvas são acolchoadas.
A ordem de grandeza dessa resposta é a física. Aumentar o tempo de parada é o único jeito de reduzir a força, e esse é todo o princípio das zonas de deformação e dos airbags.
Exemplo 3
Questão
Uma caixa de 6 kg é empurrada com 50 N enquanto o atrito se opõe com 20 N. Ache a aceleração.
Resposta
5 m/s ao quadrado
Passos
- 1Primeiro a força resultante: 50 N para frente menos 20 N para trás.
- 2Força resultante = 30 N no sentido do empurrão.
- 3Isole a em F = m a: a = F / m.
- 4a = 30 / 6 = 5 m/s ao quadrado.
Erros comuns
Colocar a força aplicada em F = m a quando há também atrito.
F é a força resultante. Combine todas as forças com seus sentidos antes de substituir.
Deixar a massa em gramas.
Converta para quilogramas primeiro. Massa em gramas deixa a resposta 1000 vezes maior.
Confundir massa e peso.
Massa é dada em quilogramas e não muda. Peso é uma força em newtons, igual a massa vezes g.
Supor que força resultante zero significa estar parado.
Significa velocidade constante, o que inclui se mover em linha reta a ritmo constante.
Pratique
Resolva primeiro, depois abra a resposta. Travou no meio? Selecione o problema e peça ao Solvecoon o passo que está faltando.
1. Um corpo de 25 kg acelera a 2 m/s ao quadrado. Ache a força resultante.
Ver a resposta
50 N, de F = 25 x 2.
2. Uma força resultante de 90 N atua numa massa de 30 kg. Ache a aceleração.
Ver a resposta
3 m/s ao quadrado, de a = F / m.
3. Qual o peso na Terra de uma pessoa de 70 kg, com g = 9,8 m/s ao quadrado?
Ver a resposta
686 N. Peso é massa vezes g, e é uma força, então a resposta vai em newtons.
O que as pessoas perguntam
- Em que unidades a força deve ficar?
- Em newtons, desde que a massa esteja em quilogramas e a aceleração em metros por segundo ao quadrado. Misturar unidades é a maior fonte de erro aqui.
- Como acho a força a partir de uma variação de velocidade?
- Em dois passos. Divida a variação de velocidade pelo tempo para obter a aceleração e depois multiplique pela massa.
- Peso é a mesma coisa que massa?
- Não. Massa é a quantidade de matéria em quilogramas; peso é a força gravitacional sobre ela, em newtons. Sua massa na Lua é a mesma, seu peso não.
- O que significa uma força negativa?
- Que ela atua no sentido oposto ao que você definiu como positivo. Fixar o sentido positivo antes de começar evita quase toda a confusão de sinais.
Está com um na sua frente?
Selecione o problema na página ou capture com Cmd/Ctrl + Shift + S, e o Solvecoon resolve junto com você.
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