AMEI EscolarFísico-Química9º AnoResumo nº 2Em trânsito (parte 2)

Forças e movimentos

Uma força resulta da interacção de dois corpos: um que exerce a força, outro que sofre a força. As forças permitem explicar vários tipos de movimentos. Permitem também compreender a razão por que um avião não cai ou um navio não se afunda.

De um modo geral uma força pode: fazer variar a velocidade de um corpo: se ele está em repouso

( ) pode pô-lo em movimento ( ), se ele está em

movimento pode pô-lo em repouso e se um corpo está em movimento pode alterar o valor da velocidade ou só a sua direcção, valor ou direcção;

produzir deformação num corpo.

A força, tal como a velocidade, é uma grandeza física vectorial, ou seja, tem uma direcção, um sentido e uma intensidade (valor) e é representado por um vector. A sua unidade no SI é o Newton (N), que se mede com um dinamómetro.

Normalmente sobre um corpo actuam não só uma força mas várias forças. A força resultante ou resultante de forças é a soma de todas

as forças que actuam sobre um corpo e simboliza-se por :

Se as forças que actuam sobre um corpo ( e ) tem a mesma direcção e sentido a força resultante é uma força com a direcção e sentido igual às de e e com intensidade igual à soma das

intensidades de e .

Conteúdos desta unidade: Forças e

Movimentos; Forças e dispositivos

de segurança na prevenção de acidentes;

Forças, fluidos e rotações.

Se as forças que actuam sobre um corpo ( e ) tem a mesma direcção e sentido opostos a força resultante é uma força com a direcção igual às de e , com sentido igual ao da força com maior intensidade e com intensidade igual à diferença entre a intensidade da maior e a intensidade da menor.

Se as forças que actuam sobre um corpo ( e ) tem direcções perpendiculares a força resultante é uma força com a direcção e

sentido da diagonal do paralelogramo cujos lados são forças e

e com intensidade calculada através do Teorema de Pitágoras:

Exercícios resolvidosIndica a força resultante nos caixotes em cada uma das situações.

direcção horizontal, sentido esquerda-direita e intensidade de 3N.

direcção horizontal, sentido esquerda-direita e intensidade de 1N.

Exercícios resolvidos

direcção oblíqua e intensidade de 6N.

Exercícios 1:1. Considera as forças representadas.

a) Identifica:i. a força mais intensa._________________________________________________________________ii. a força com direcção horizontal e 2N de intensidade._________________________________________________________________iii. a força com direcção vertical e 3N de intensidade._________________________________________________________________

Exercícios 1:b) Indica um par de forças que tenha:i. a mesma direcção._________________________________________________________________ii. a mesma intensidade._________________________________________________________________iii. o mesmo sentido._________________________________________________________________iv. direcções perpendiculares._________________________________________________________________

c) Caracteriza a força resultante dos seguintes pares de forças.i. F2 e F4.

ii. F3 e F1.

iii. F3 e F4.

Newton relacionou a força resultante com a aceleração ao propor o que viria a ser conhecido como Lei Fundamental da Dinâmica (Segunda Lei de Newton): “A força resultante que actua sobre um corpo é directamente proporcional à aceleração que ele adquire.” Isto quer dizer que a aceleração de um corpo depende da força resultante que actua sobre ele e da sua massa, ou seja, quanto maior for a força exercida maior será a aceleração. Esta lei expressa-se por:

Assim, concluímos que a massa de um corpo é a constante de proporcionalidade entre força resultante e aceleração. Esta proporcionalidade pode ser representada num gráfico, da seguinte maneira:

Se a mesma força for exercida em corpos com massa diferentes quanto maior for a massa menor será a aceleração. Neste caso, a massa e a aceleração são inversamente proporcionais.

A segunda lei de Newton aplica-se também à queda livre de um corpo. Neste caso, a única força que actua no corpo é a força da gravidade por isso a força resultante é igual ao peso do corpo. A aceleração gravítica é a aceleração que o corpo adquire na queda e simboliza-se por e é igual a 9,8 m/s2. Neste caso concreto, a

segunda lei de Newton escreve-se:

Se a força resultante for nula, a aceleração será nula, a velocidade constante e o movimento rectilíneo e uniforme. Segundo a segunda lei de Newton podemos voltar a classificar os movimentos rectilíneos em uniforme, acelerado ou rectilíneo.

Sobre qualquer corpo apoiado em repouso actuam duas forças: peso

( ) e outra força que é de intensidade igual ao peso, equilibrando-o,

chamada força normal ( ). Dá-se o nome de força normal por ser

perpendicular à superfície de apoio.

Exercícios 2:2. Classifica cada uma das seguintes afirmações como verdadeira ou falsa. Corrige as falsas, evitando o uso da negativa.a) Uma força é uma grandeza física que se representa apenas por um número.__________________________________________________________________________________________________________________________________b) Uma força pode provocar alteração da velocidade de um corpo. __________________________________________________________________________________________________________________________________c) A força resultante é a soma de todas as forças que actuam sobre um corpo.__________________________________________________________________________________________________________________________________d) Um corpo em movimento pode parar se a força resultante que actuar sobre ele for nula.__________________________________________________________________________________________________________________________________e) Sobre um corpo em repouso não actuam forças.__________________________________________________________________________________________________________________________________f) A aceleração está relacionada com a variação de velocidade de um corpo num dado intervalo de tempo.__________________________________________________________________________________________________________________________________g) Quanto maior for a força resultante que actua num corpo maior será a velocidade do corpo.__________________________________________________________________________________________________________________________________h) Quanto maior for a força resultante que actua sobre um corpo maior será a aceleração do corpo.__________________________________________________________________________________________________________________________________i) A força resultante que actua sobre um corpo e a aceleração que ele adquire são inversamente proporcionais. __________________________________________________________________________________________________________________________________

Se um automóvel colidir com um obstáculo, exerce uma força sobre este cujo efeito é visível pelos danos causados no obstáculo, apesar de quem ter sofrido a acção da força ter sido o obstáculo. Isto é explica pelo facto que as forças actuam sempre aos pares:

O automóvel exerce uma força sobre o obstáculo, a que

podemos chamar de acção: o efeito vê-se pelo movimento ou deformação do obstáculo;

O obstáculo reage exercendo uma força sobre o automóvel,

a que podemos chamar de reacção: o efeito vê-se pela variação de velocidade do automóvel e pela sua deformação;

A intensidade das duas forças é igual ( ) assim como a

sua direcção, mas os sentidos são opostos ( )

As forças actuam sempre aos pares que são chamados de pares acção-reacção. Estas ideias estão traduzidas por outra lei formulada por Newton: a Lei da Acção-Reacção (Terceira Lei de Newton). Esta lei diz que “Se um corpo exerce uma força sobre outro, este reage e exerce sobre o primeiro uma força de intensidade e direcção iguais, mas sentido oposto.” Por isso, quando um ser vivo exerce uma força num objecto inanimado, este exerce uma força igual no ser vivo. Em suma: todos os objectos, quaisquer que eles sejam, exercem sempre forças uns nos outros.

Durante uma colisão, além das forças da colisão em si, também actuam o peso e a força normal. Como estas se anulam, não importam para calcular a força resultante. A força resultante numa colisão será igual ao produto entre a massa do veículo e a velocidade do veículo antes de colidir a dividir pelo intervalo de tempo que demora a colisão, ou seja:

Numa colisão, a força que o obstáculo exerce sobre o automóvel será tanto maior:

quanto maior for a velocidade do automóvel antes de colidir; quanto maior for a massa total do veículo (quanto mais

carregado estiver); quanto menor for o intervalo de tempo que dura a colisão.

Assim, para diminuir os danos de uma colisão, tenta-se aumentar o intervalo de tempo da duração desta.

A Lei da Inércia (Primeira Lei de Newton) diz o seguinte “Se a força resultante que actua sobre um corpo for nula, ele ficará em repouso se estiver em repouso, ou ficará em movimento com a velocidade que já trazia.”, ou seja, um corpo só se movimentará ou alterará a sua velocidade se for exercida uma força positiva. Quanto maior for a massa do corpo, maior será a tendência para ele manter a sua velocidade. Esta propriedade chama-se inércia e será quanto maior quanto a massa de um corpo.

A Primeira Lei de Newton explica porque motivo numa travagem brusca os passageiros tem a tendência a serem projectados: como o obstáculo exerce uma força no automóvel e não nos passageiros, estes tendem em manter a velocidade inicial inalterada.

Exercícios 3:1. A Maria, cuja massa é 65kg, empurra um carrinho de supermercado de 10kg numa superfície polida de granito, provocando-lhe uma aceleração de 5 m/s2. Como vai de patins, é projectada para trás.a) Qual é a intensidade, direcção e sentido da força que a Francisca exerce no carrinho?

b) Por que razão a Maria é projectada para trás?___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

c) Classifica as afirmações em verdadeiras e falsas. Corrige as falsas, evitando utilizar a negação.i. A força que o carrinho exerce sobre a Maria é maior do que a força que ela exerce sobre o carrinho, porque a sua massa é maior.__________________________________________________________________________________________________________________________________ii. A aceleração adquirida pela Maria é menor do que a aceleração adquirida pelo carrinho.__________________________________________________________________________________________________________________________________

C. A aceleração adquirida pela Francisca é maior do que a aceleração adquirida pelo carrinho.D. A inércia da Francisca é menor do que a inércia do carrinho.

Forças e dispositivos de segurança na prevenção de acidentes rodoviários

Dispositivos de Segurança. Pressão A prevenção rodoviária passa pelos dispositivos de segurança

instalados nos automóveis, como os cintos de segurança (de uso obrigatório) e os airbags. Nos veículos de duas rodas, o capacete é obrigatório.

Os apoios de cabeça são muito importantes pois numa colisão traseira a força actua no automóvel e não nos seus ocupantes e a sua tendência é permanecer em repouso, ou seja, enquanto o automóvel avança, os ocupantes tendem a ficar no mesmo sítio. Os seus corpos, porque estão encostados aos bancos, acompanham o carro, mas as suas cabeças tendem a ficar para trás relativamente ao veículo. Com encosto de cabeça: o movimento brusco da cabeça é pequeno, causando apenas dores musculares. Sem encosto de cabeça: a cabeça

Exercícios 3:iii. A aceleração adquirida pela Maria é maior do que a aceleração adquirida pelo carrinho.__________________________________________________________________________________________________________________________________iv. A inércia da Maria é menor do que a inércia do carrinho.__________________________________________________________________________________________________________________________________

d) Com que aceleração é projectada a Maria? Justifica a tua resposta.__________________________________________________________________________________________________________________________________

e) Que velocidade adquire a Maria ao fim de 0,01 s?

fica para trás enquanto o corpo vai para a frente, havendo sério risco de lesar a coluna.

Segundo a Primeira Lei de Newton numa travagem brusca, se o condutor não utilizar cinto de segurança será projectado, pois tende a manter a velocidade original. O mesmo se aplica a uma criança ou passeiro no banco de trás que não leve cinto de segurança: estes são lançados contra os assentos dianteiros e podem até ferir os ocupantes da frente. Quando um automóvel colide e se imobiliza, os órgãos internos de um ocupante (fígado, estômago, baço, pulmões, etc.) colidem com a estrutura óssea. O cinto de segurança aumenta o tempo de colisão do ocupante com o veículo, diminuindo a força.

Quanto maior for a área em que actua uma força, menor será o efeito dessa força. Esta ideia é traduzida pela grandeza física pressão, cujo símbolo é p, e que é a intensidade da força exercida por unidade de área, sendo calculada por:

A unidade de pressão no SI é o N/m2, ou Pa (pascal). O cinto de segurança, além de aumentar o tempo de colisão, faz com que a força da colisão seja distribuída pelo peito, ombros e anca, ou seja, por uma maior área, o que significa que a pressão é menor do que seria sem cinto. Para isto acontecer o cinto de segurança deve estar correctamente colocado.

Outro dispositivo que reforça o efeito do cinto de segurança é o airbag (saco de ar). Numa colisão, este saco é insuflado de gás, criando uma almofada onde o ocupante bate. Assim, não só aumenta o tempo de colisão como diminui a pressão exercida sobre a pessoa. Num acidente, o airbag não assegura sozinho a protecção suficiente. É a acção conjunta deste e do cinto de segurança que aumenta a segurança

Num veículo de duas rodas, o uso de capacete tem o mesmo fundamento dos cintos de segurança e airbags. O seu forro almofadado aumenta o tempo de colisão, diminuindo a força de colisão. O capacete tem uma área grande de contacto com a cabeça do motociclista, de modo a ser pequena a pressão exercida sobre ela.

Força de atrito e força de resistência A força de atrito é uma força que se opõe ao deslizamento entre

superfícies. Representa-se por e depende das superfícies do corpo

e do chão. As forças de atrito nos motores provocam efeitos indesejáveis, pois aumentam o desgaste das peças e diminuem o rendimento do veículo. Utilizam-se óleos para lubrificação do motor, o que faz diminuir a força de atrito entre superfícies sólidas e usam-se rolamentos nos motores porque as formas arredondadas diminuem a força de atrito. A força do atrito é responsável pela travagem de um automóvel. Se os pneus estiverem «carecas», a aderência entre eles e o piso é pequena e a travagem é difícil. Essa situação piora se o piso estiver molhado. Por isso é essencial circular com os pneus em bom estado.

É graças à força do atrito que nós conseguimos caminhar: os pés empurram o chão para trás e o chão empurra os pés para a frente, impedindo-os de escorregarem. Se o chão for encerado, ou estiver gelado, a força de atrito será pequena e escorregaremos. Dentro das propriedades da força do atrito encontramos as seguintes:

A força de atrito não depende da área das superfícies em contacto;

A força de atrito será tanto maior quanto maior for a massa do corpo;

A força de atrito será tanto maior quanto maior for a rugosidade das superfícies em contacto.

No ar ou na água, a força que se opõe ao movimento do corpo recebe

o nome de força de resistência e simboliza-se por . A força de

resistência faz diminuir a velocidade de automóveis e aviões, por isso estes tem de ter formas aerodinâmicas para diminuí-la. No caso

de um pára-quedista, a força de resistência exercida pelo ar diminui a velocidade deste, fazendo-o chegar ao chão em segurança.

Exercícios 4:1. Explica, por palavras tuas, de que modo é que estes dispositivos de segurança actuam numa colisão:a) airbags.___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________b) apoios de cabeça.___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________c) cintos de segurança.___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Indica se é útil ou prejudicial a existência de forças de atrito nas seguintes situações. Justifica a tua resposta.a) As forças de atrito existentes entre as peças do motor.___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________b) A força de atrito que actua sobre os nosso sapatos quando caminhamos sobre um piso.___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________c) As forças de atrito que se exercem sobre os pneus “carecas” de um automóvel.___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________d) A resistência do ar sobre o automóvel em movimento.___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________e) A resistência do ar na queda de um pára-quedista.___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Forças, fluidos e rotações Arquimedes descobriu a força da impulsão, que se simboliza por e

é a força exercida sobre um corpo pelo fluido (gás ou líquido) onde se encontra parcial ou totalmente imerso. Tem direcção vertical e sentido de baixo para cima (é sempre oposta ao peso).

O peso aparente é o peso de um corpo dentro de um fluido e é dado por:

A Lei de Arquimedes diz que “Um corpo mergulhado num fluido sofre uma força vertical, dirigida de baixo para cima, de valor igual ao peso do volume de fluido deslocado.” Assim, conseguimos calcular o valor da impulsão pesando a quantidade de água que o corpo deslocou quando foi introduzido no recipiente.

Os navios flutuam graças à impulsão. Devido à sua forma de concha, o volume imerso é maior e, portanto, o volume de água deslocada também é maior. A impulsão aumenta com o volume imerso, de acordo com a Lei de Arquimedes. A forma dos cascos dos navios destina-se a aumentar o volume imerso. Quanto mais carregado estiver, maior será o volume do casco dentro de água e maior será a impulsão.

Quanto maior for a densidade do fluido maior será o valor da impulsão. Por isso é mais fácil flutuar no mar do que no rio: a abundância de sais da água do mar torna-a mais densa do que a água doce.

Concluímos que: para o mesmo volume imerso, quanto maior for a densidade

do fluido maior será a intensidade da impulsão; para corpos imersos no mesmo fluido, quanto maior for o

volume imerso do corpo maior será a intensidade da impulsão.

Quando queremos fazer rodar um objecto, temos de aplicar sobre ele uma força. O efeito rotativo de uma força depende da intensidade da força e da distância ao eixo de rotação do ponto onde aplicamos a força. Essa distância chama-se braço da força e é simbolizada por b. O momento de uma força é a grandeza física que exprime o efeito rotativo de uma força, é representado por M e a unidade de SI é o Nn

(newton metro). O momento de uma força é igual ao produto do braço da força e da sua intensidade:

Para obter o mesmo efeito rotativo: para a mesma força, quanto maior for o braço da força maior

será o momento da força; para o mesmo braço da força, quanto maior for a força

aplicada maior será o momento da força.É por esta razão que os volantes dos veículos pesados têm maior raio do que os volantes dos veículos ligeiros. Deste modo o braço da força é maior e é, assim, possível aplicar uma força menor para obter um mesmo efeito rotativo.

Exercícios 5:1. Completa as frases que se seguem utilizando as palavras da caixa.

a) Os gases e os líquidos são designados _____________ . b) A _____________ é a força que o fluido exerce sobre um corpo nele imerso parcial ou totalmente.c) O _____________ é uma força vertical e tem sentido de cima para baixo.d) A _____________ é uma força vertical e tem sentido de baixo para cima.e) A intensidade da _____________ depende do _____________ do corpo imerso e da _____________ do fluido.f) Segundo a Lei de _____________ a intensidade da impulsão é igual ao _____________ do volume de líquido deslocado. g) O _____________ aparente é a diferença entre o peso real e a _____________.h) O _____________ de uma força mede o efeito rotativo da mesma.i) O _____________ de uma força depende da intensidade da força aplicada e do _____________ da força.

2. Completa as frases que se seguem utilizando as palavras “maior” ou “menor”.a) Para o mesmo volume imerso, quanto maior for a densidade do fluido _____________ será a intensidade da impulsão.b) Para corpos imersos no mesmo fluido, quanto menor for o volume imerso do corpo _____________ será a intensidade da impulsão.c) Para a mesma força, quanto menor for o braço da força _____________ será o momento da força.

Exercícios 5:d) Para o mesmo braço da força, quanto _____________ for a força aplicada maior será o momento da força.

3. Explica, por palavras tuas, por que razão um grande navio não se afunda e um prego de ferro sim.___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________