Calculadora de Força
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Definição de força e equação de forçaLeis de Newton para o movimentoTipos de forçasComo encontrar a força?O que é força resultante?Perguntas frequentesA 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:
Definição de força e equação de força
O que é força?
🙋 Força é qualquer interação que pode alterar o movimento de um objeto.
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:
- : aceleração do objeto expressa em metros por segundo ao quadrado ;
- : massa de um objeto em quilogramas ; e
- : força medida em newtons .
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 , 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.
Leis de Newton para o movimento
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.
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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.
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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: .
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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).
Tipos de forças
Todas as forças na mecânica clássica estão sujeitas as três leis de movimento de Newton.
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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.
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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.
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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!
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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.
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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.
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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.
Como encontrar a força?
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.
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Força de aceleração:
Primeiro, encontre a aceleração:
é igual a (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 () até ? 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.
O que é força resultante?
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 🇺🇸 () 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 (), pela resistência do ar () e pela força lateral causada pelo vento ().
- Primeiro, encontre a força resultante das forças verticais. Elas têm direções opostas, portanto, em parte, elas se cancelam:
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Agora, encontre a força resultante das duas forças restantes.
Aqui, você pode calcular a resultante usando o Teorema de Pitágoras (em um triângulo retângulo: ). 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!
Como encontrar a aceleração a partir da força e da massa?
Para encontrar a aceleração, você deve conhecer a força e a massa:
- Divida a força pela massa.
- Lembre-se de usar as unidades do SI. Isso significa Newtons para a força e quilogramas para a massa.
- Obtenha sua aceleração em metros por segundo ao quadrado.
O peso é uma força?
Peso é outro nome para força gravitacional. Na física, massa e peso não tem o mesmo significado. A massa é uma propriedade de um objeto. Ela resiste a qualquer alteração no movimento. O peso é uma força que atua em uma massa devido à gravidade. Na Terra, se a sua massa é de 70 quilogramas, seu peso é de aproximadamente 700 Newtons (mais precisamente 686,5 Newtons).
A força é um vetor?
**Sim, a força é um vetor. Isso significa que ela é definida tanto pela magnitude quanto pela direção. Escalares, como massa ou energia, são definidos apenas pela magnitude. Portanto, se você aplicar duas forças a um objeto, não poderá adicioná-las como escalares. Você precisa levar em conta a direção e encontrar a força resultante - a soma vetorial das forças.
Qual é a fórmula da força?
A fórmula da força é definida pela Segunda Lei de Newton para o movimento:
A força exercida por um objeto é igual à massa vezes a aceleração desse objeto:
F = m ⋅ a
.
Para usar essa fórmula, você precisa considerar unidades do SI: Newtons para força, quilogramas para massa e metros por segundo ao quadrado para aceleração.
O que acontece quando duas forças atuam na mesma direção e sentido?
Quando duas forças atuam na mesma direção, a magnitude delas se soma e criam uma força resultante igual à sua soma.
Como a força e o movimento estão relacionados?
Força é qualquer interação que altera o movimento de um objeto. Sem força externa, um objeto em movimento continuará se movendo a uma velocidade e direção constantes, e um objeto em repouso permanecerá em repouso. Se uma força externa for aplicada, um objeto mudará seu movimento, alterando sua velocidade e/ou direção.
A relação entre força e movimento é definida pelas Leis de Newton para o movimento.
Quais são os tipos de forças?
Os tipos de forças na física:
- Forças de contato: força normal, força aplicada, força de atrito, força de tensão, força de resistência do ar; e
- Forças de campo: força gravitacional, força elétrica, força magnética, força nuclear fraca e força nuclear forte.
A aceleração é uma força?
**A aceleração não é uma força. A aceleração é a mudança de velocidade ao longo do tempo. Semelhante à força, a aceleração é um vetor, portanto, tem magnitude e direção. De acordo com a segunda lei de Newton, a aceleração é proporcional à força: F = m × a. A direção da aceleração de um objeto é determinada pela direção da força resultante que atua sobre esse objeto.
A força resultante pode ser negativa?
A força resultante pode ser tanto positiva quanto negativa. A força resultante é a soma dos vetores de todas as forças individuais que atuam em um objeto. As forças são sempre positivas em magnitude, mas, para facilitar o cálculo da força resultante, presumimos que as forças que apontam para sentidos opostos têm sinais diferentes. Normalmente, dizemos que as forças que apontam para a direita são positivas e para a esquerda são negativas. Portanto, se você tiver duas forças de sentidos opostos agindo sobre um objeto e a força resultante apontar para a esquerda, pode-se dizer que a força resultante é negativa.
Qual é a diferença entre forças equilibradas e desequilibradas?
As forças equilibradas têm a mesma magnitude, mas direção opostas. Elas se equilibram e, portanto, se anulam mutuamente. Um exemplo clássico de forças equilibradas seria a força gravitacional e a força normal atuando em um objeto colocado em uma superfície horizontal. As forças equilibradas não causam mudanças na direção ou na rapidez de um objeto.
As forças não equilibradas não têm a mesma magnitude. Se uma força desequilibrada atua em um objeto, ela impacta o movimento do objeto. Por exemplo, se algo cai, isso se deve à força gravitacional. A força de resistência do ar neutraliza a gravidade, mas não a equilibra se o objeto for muito pesado.
A força resultante nula causa uma mudança no movimento?
Uma força resultante nula não causa mudanças no movimento. Se um objeto estiver sujeito a duas forças com mesma magnitude e sentidos opostos, elas se cancelarão mutuamente. Neste caso, a força resultante não afeta a velocidade ou a direção do movimento de um objeto.
O que é força de contato?
A força de contato é qualquer força que precisa de contato para ocorrer. O atrito e a força normal são forças de contato porque surgem quando um objeto está em contato com uma superfície. Por outro lado, uma força de campo, como a gravidade, age sem contato direto com um objeto.