Calculadora de força

A calculadora de força da Omni está aqui para ajudar você a calcular a força a partir da segunda lei de Newton para o movimento. Continue lendo para aprender o que é força e que tipos de forças existem na mecânica clássica. Também explicaremos a você como encontrar a força com exercícios usando a segunda lei. No final, também ilustramos o que é força resultante, com um exemplo fácil.

Se você precisar encontrar uma força específica, talvez uma dessas calculadoras da Omni possa te ajudar:

• Calculadora de força gravitacional;
• Calculadora de força normal 🇺🇸;
• Calculadora de força centrífuga;
• Calculadora de atrito;
• Calculadora de tensão;
• Calculadora de força de empuxo 🇺🇸; e
• Calculadora de pressão.

O que é força?

Se você perguntar: "O que é força?", um não físico provavelmente pensaria em empurrar e puxar. Um físico pensaria na alteração da velocidade de um objeto. Para entender o porquê, vamos dar uma olhada na equação da força:

onde:

• $\small a$: aceleração do objeto expressa em metros por segundo ao quadrado $\small\rm [m/s^2]$;
• $\small m$: massa de um objeto em quilogramas $\small \rm [kg]$; e
• $\small F$: força medida em newtons $\small \rm [N]$.

Aceleração é a mudança de velocidade ao longo do tempo. E, como você vê na fórmula da força, quanto maior a força, maior a aceleração. Portanto, se algo estiver acelerando, por exemplo, um carro, ele pode transmitir uma força significativa se bater em outro carro. Essa força é proporcional à massa do carro e à sua aceleração. Outro exemplo seria a força do soco humano, em que a massa e a aceleração do corpo são diretamente proporcionais à força do impacto.

Para usar a calculadora de força, insira duas dessas variáveis: massa, aceleração ou força em qualquer unidade e obtenha o número que falta em um piscar de olhos.

Se você estiver calculando a força por conta própria, sempre use as unidades do SI para evitar erros. E qual é a unidade de força no SI? É o Newton $\footnotesize \bold{[N]}$, nomeado em homenagem a Isaac Newton, que foi um matemático, físico e descobridor da lei da gravitação universal. Em unidades do SI, um Newton é igual a:

Para saber mais sobre unidades de força, acesse o conversor de força 🇺🇸 da Omni.

Newton criou três leis que explicam o movimento de todos os objetos físicos. Elas são os fundamentos de toda a mecânica clássica, que também é conhecida como mecânica newtoniana.

1. Primeira Lei de Newton para o movimento (princípio da inércia)

   Um objeto permanecerá em repouso ou continuará a se mover com velocidade constante, a menos que seja influenciado por uma força externa.

2. Segunda Lei de Newton para o movimento (princípio fundamental da dinâmica)

   A força exercida por um objeto é igual à massa vezes a aceleração desse objeto: $\small F = m \times a$.

3. Terceira Lei de Newton para o movimento (princípio da ação e reação)

   Quando um corpo exerce uma força sobre um segundo corpo, o segundo corpo exerce uma força igual em magnitude e com sentido oposto a do primeiro corpo (para toda ação, há sempre uma reação igual, mas com sentido oposto).

Todas as forças na mecânica clássica estão sujeitas as três leis de movimento de Newton.

• A força gravitacional é a atração entre quaisquer dois objetos de massas diferentes de zero. Você anda no chão em vez de flutuar devido a essa força (ou a gravidade). Ela é exercida por todos os objetos ao seu redor, como a tela em que você está lendo este texto. Contudo, nestes casos, ela é tão pequena que é imperceptível.

• A força normal é a reação à força gravitacional aplicada sobre uma superfície. Ela é um exemplo perfeito da terceira lei de Newton. Quando você está em pé, exerce uma força (igual à força gravitacional) no chão. O piso exerce sobre você uma força do mesmo valor.

• O atrito é uma força que se opõe ao movimento. Ela é proporcional à força normal que atua entre um objeto e o chão. Em uma pista molhada o atrito entre os pneus e a pista diminui e você tem maior dificuldade em parar o seu carro do que em uma pista seca. Por isso, diminua a sua velocidade ao dirigir na chuva!

• Tensão é uma força axial que passa por cordas, correntes, molas e outros objetos quando há um puxão externo. Por exemplo, se você estiver passeando com seu cachorro e ele o puxar para frente, isso criará tensão na coleira.

• A força centrípeta é uma força que atua em um objeto em rotação. Você já andou em um carrossel? Você se lembra da sensação de ser empurrado para fora? A força centrípeta causou essa sensação.

• Pressão é a medida da força aplicada em uma superfície. Se você inflar um balão, as partículas de ar dentro dele exercerão pressão sobre o balão. Todas as partículas sentem a mesma força, de modo que o balão é inflado uniformemente.

Vamos ver alguns exercícios para que você não seja surpreendido em suas aulas de física.

1. Encontre a força de aceleração e a força de frenagem (parada).

Antes de irmos ao exemplo, é necessário sabermos distinguir os conceitos de direção e sentido. A direção pode ser vertical ou horizontal, já o sentido nos diz se a força é aplicada para baixo, para cima, para a esquerda ou para a direita.

Um guepardo tem uma massa de 50 kg. Ele acelera do repouso para 50 km/h em 3 segundos. Em seguida, começa a desacelerar de forma constante e para após 8 segundos.

• Força de aceleração:

  Primeiro, encontre a aceleração:

  $\small 50 \space \text{km/h}$ é igual a $\small 13{,}89 \space \text{m/s}$ (calculamos isso com o conversor de velocidade 🇺🇸 da Omni).

  A aceleração é igual à variação na velocidade ao longo do tempo:

Calcule a força de aceleração:

• Força de desaceleração:

A força de frenagem é negativa porque tem um sentido oposto à força de aceleração.

2. Quanta força é necessária para acelerar um objeto de ($\small \bold{ m = 2 \space kg}$) até $\small \bold{8\ \rm{m/s^2}}$? E quando o objeto é três vezes mais pesado? Como isso afeta a força?

Se a massa for três vezes mais pesada, a força precisará ser três vezes maior.

A Força é um vetor. Isso significa que ela tem um valor (módulo), uma direção e um sentido. É por isso que você não pode somar diferentes forças como números regulares (escalares).

A força resultante 🇺🇸 ($\small F_{\text{N}}$) é a soma vetorial de todas as forças individuais que atuam em um objeto. Por exemplo, vamos dar uma olhada em uma bola em queda. Ela é afetada pela força gravitacional ($\small F_{\text{G}} = 5\ \rm N$), pela resistência do ar ($\small F_{\rm R} = 1\ \rm N$) e pela força lateral causada pelo vento ($\small F_{\rm W} = 2\ \rm N$).

1. Primeiro, encontre a força resultante das forças verticais. Elas têm direções opostas, portanto, em parte, elas se cancelam:

2. Agora, encontre a força resultante das duas forças restantes.

   Aqui, você pode calcular a resultante usando o Teorema de Pitágoras (em um triângulo retângulo: $\small a^2 + b^2 = c^2$). Para aprender mais sobre a adição de vetores, acesse a nossa calculadora de soma de vetores.

A força resultante que atua sobre a bola é igual a 2√5 N.

Agora que você conhece as três leis de Newton e a definição de força, consulte uma das calculadoras listadas no início. Nela, explicamos detalhadamente todos os tipos de forças. Recentemente, também fizemos um experimento divertido em que testamos o que venceria uma corrida: um rolo de papel higiênico ou uma garrafa. Dê uma olhada e você aprenderá algo sobre massa, momento de inércia e aceleração!