Como calcular a força
A força é a massa vezes a aceleração. A fórmula é a parte fácil; a cotação está em reparar que F significa a força resultante e em obter a aceleração quando o enunciado lhe passa antes uma variação de velocidade.
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 quadrado. Um newton é um quilograma metro por segundo quadrado, e é por isso que as unidades só encaixam se a massa estiver em quilogramas.
Força resultante, não força aplicada
- Some todas as forças que actuam, tendo em conta o sentido.
- Forças de sentidos opostos subtraem-se, portanto um empurrão de 50 N contra 20 N de atrito dá uma resultante de 30 N.
- Se a força resultante for nula, o corpo não acelera, embora possa continuar em movimento.
Obter primeiro a aceleração
Muitos enunciados dão uma variação de velocidade em vez de uma aceleração. Use a = variação de velocidade a dividir pelo tempo e depois substitua em F = m a. Fazê-lo em dois passos bem identificados é o que mantém as unidades em ordem.
Exemplos resolvidos
Exemplo 1
Pergunta
Uma caixa de 15 kg acelera a 4 m/s quadrado. Que força resultante actua sobre ela?
Resposta
60 N
Passos
- 1Identifique os dados: m = 15 kg, a = 4 m/s quadrado.
- 2Aplique F = m a.
- 3Substitua com unidades: F = 15 kg x 4 m/s quadrado.
- 4F = 60 kg m/s quadrado, ou seja, 60 N.
Exemplo 2
Pergunta
Uma bola de basebol de 0,145 kg é travada a partir de 40 m/s em 0,005 s. Determine a força média.
Resposta
1160 N
Passos
- 1Primeiro a aceleração: a = variação de velocidade / tempo = 40 / 0,005.
- 2Isso dá a = 8000 m/s quadrado, uma travagem.
- 3Agora aplique F = m a: F = 0,145 x 8000.
- 4F = 1160 N, em sentido contrário ao movimento.
- 5Verificação de bom senso: um tempo de travagem muito curto gera uma força muito grande, e é por isso que as luvas de basebol são almofadadas.
A ordem de grandeza desta resposta é a própria física. Alargar o tempo de travagem é a única forma de reduzir a força, e é esse todo o princípio das zonas de deformação e dos airbags.
Exemplo 3
Pergunta
Uma caixa de 6 kg é empurrada com 50 N enquanto o atrito se lhe opõe com 20 N. Determine a sua aceleração.
Resposta
5 m/s quadrado
Passos
- 1Primeiro a força resultante: 50 N para a frente menos 20 N para trás.
- 2Força resultante = 30 N no sentido do empurrão.
- 3Reescreva F = m a como a = F / m.
- 4a = 30 / 6 = 5 m/s quadrado.
Erros comuns
Colocar a força aplicada em F = m a quando também existe atrito.
F é a força resultante. Combine todas as forças com os respectivos sentidos antes de substituir.
Deixar a massa em gramas.
Converta primeiro para quilogramas. Uma massa em gramas torna a resposta 1000 vezes maior.
Confundir massa e peso.
A massa vem em quilogramas e não muda. O peso é uma força em newtons, igual à massa vezes g.
Assumir que força resultante nula significa estar parado.
Significa velocidade constante, o que inclui deslocar-se em linha recta a ritmo constante.
Pratica
Resolve-os primeiro e só depois abres a resposta. Empancaste a meio? Seleciona o problema e pede ao Solvecoon o passo que te falta.
1. Um corpo de 25 kg acelera a 2 m/s quadrado. Determine a força resultante.
Ver a resposta
50 N, a partir de F = 25 x 2.
2. Uma força resultante de 90 N actua sobre uma massa de 30 kg. Determine a aceleração.
Ver a resposta
3 m/s quadrado, a partir de a = F / m.
3. Qual é o peso na Terra de uma pessoa de 70 kg, com g = 9,8 m/s quadrado?
Ver a resposta
686 N. O peso é a massa vezes g, e é uma força, logo a resposta vem em newtons.
O que as pessoas perguntam
- Em que unidades deve vir a força?
- Em newtons, desde que a massa esteja em quilogramas e a aceleração em metros por segundo quadrado. Misturar unidades é aqui a maior fonte de erro.
- Como determino 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.
- O peso é o mesmo que a massa?
- Não. A massa é a quantidade de matéria em quilogramas; o peso é a força gravítica que actua sobre ela, em newtons. A sua massa na Lua é a mesma, o seu peso não.
- O que significa uma força negativa?
- Que actua no sentido oposto àquele que definiu como positivo. Fixar o sentido positivo antes de começar evita quase toda a confusão de sinais.
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