INTRODUÇÃO
Força é um dos
conceitos fundamentais da Física
newtoniana. Relacionado com as três leis de Newton, é uma grandeza
que tem a capacidade de vencer a inércia de um corpo,
modificando-lhe a velocidade (seja na sua magnitude ou direção, já que se trata
de um vetor). Como corolário,
chega-se ao constructo de que a força pode causar deformação em um
objeto flexível
Fundamentação
teórica
Força: qualquer agente externo que modifica o movimento
de um corpo livre ou causa deformação num corpo fixo
A força, por ser também um vetor, tem dois
elementos: a magnitude e a direção. A segunda
lei de Newton, ("F = m.a"), foi originalmente
formulada em termos ligeiramente diferentes, mas equivalentes: a versão
original afirma que a força que age sobre um objeto é igual à derivada temporal do momento linear deste objeto.
Alguns conceitos relacionados com a força:
A força aplicada num corpo fixo é chamada tensão
mecânica ou estresse
mecânico, um termo técnico para as influências que causam deformação da
matéria. Enquanto o estresse mecânico pode permanecer incorporado em um objeto
sólido, gradualmente, deformá-lo, estresse mecânico em um fluido determina
mudanças em sua pressão e volume.
A era
pré-newtoniana
Os filósofos na Antiguidade Clássica usavam os
conceitos de força no estudo de objetos estáticos e dinâmicos e em máquinas
simples, porém os pensadores como Aristóteles e Arquimedes incorreram em erros
de entendimento. Em parte, isto deveu-se a uma compreensão incompleta de força,
por vezes não óbvia, mais precisamente em relação ao atrito, e,
consequentemente, uma visão inadequada da natureza do movimento natura.
Aristóteles entendia o conceito filosófico de força
como uma parte integrante da cosmologia aristotélica. Na visão de Aristóteles,
que ainda hoje é muito conhecida, a natureza tinha quatro elementos, água,
terra, fogo e ar. Ele ligava a matéria ao elemento terra e a gravidade como a
tendência dos objetos a buscar seu lugar natural. Assim, o movimento natural se
distinguia do movimento forçado, o que dava origem ao conceito de força.
Esta teoria, baseada nas experiências objetos em
movimento, como carroças, não explicava o comportamento de projéteis, como o
voo de flechas. O paradoxo era que a força era aplicada no projétil apenas no
início do voo e entretanto o projétil navegava pelo ar posteriormente ao
impulso inicial. Aristóteles estava ciente do problema e propôs que o ar
deslocado pelo percurso do projétil sorvia-o com a força necessária para
continuar o seu movimento.
A revolução
newtoniana
Um dos equívocos destes pioneiros foi a crença de
que uma força é necessária para manter o movimento, mesmo a uma velocidade
constante. Considera-se que a maioria das contradições conceituais foi
corrigida por Isaac Newton. Com a sua intuição matemática, ele formulou as leis
de Newton que não foram aperfeiçoadas por 300 anos sendo, ainda hoje, um dos
modelos conceituais válidos no estudo da física.
A física
contemporânea
No início do século XX, Einstein desenvolveu a
teoria da relatividade, que trata de um modelo mais preciso, diferenciando-se
do anterior sobretudo no caso em que objetos se movimentam a velocidade próxima
da velocidade da luz. Este novo modelo também previu novas visões sobre as
forças produzidas pela gravitação e sobre a inércia.
Posteriormente, a mecânica quântica e a física de
partículas representaram modelos ainda mais precisos, desta vez estudando as
partículas menores que os átomos. Tais modelos foram possíveis graças à
tecnologia do acelerador de partículas, que permitiu experimentos variados. No
que tange à força, este ramo da física conhece quatro tipos: a força forte, a
força eletromagnética, a força nuclear fraca e a força gravitaciona. As
experiências da física de partículas feitas durante os anos 1970 e 1980
confirmou que as forças fraca e eletromagnética são expressões de uma forma
mais fundamental de força chamada força eletrofraca.
Mecânica
newtoniana
Newton tentou descrever o movimento de todos os
objetos usando os conceitos de inércia e força e, ao fazê-lo, descobriu que
eles obedecem as determinadas leis. Em 1687, Newton publicou sua tese no
tratado chamado Philosophiae Naturalis Principia Mathematica. Neste trabalho,
ele enunciou as três principais leis da dinâmica que até hoje são a maneira
como as forças são descritas na física, chamadas de Leis de Newton.
Primeira lei de
Newton
A primeira lei de Newton afirma que os objetos
continuam a mover-se em um estado de velocidade constante a menos que haja uma
força externa. Esta lei é uma extensão da visão de Galileu na qual a velocidade
constante foi associada a uma falta de força. Newton propõe que todos os
objetos têm um uma propriedade chamada inércia, que consiste nesta tendência a
se manter no movimento. Esta noção substituiu a ideia aristotélica de
"lugar natural de repouso".
Segunda lei de Newton
-
Por substituição da definição da aceleração, chega-se,
finalmente, à versão algébrica da segunda lei de Newton:
Algumas fontes chamam esta lei de "segunda
fórmula mais famosa da física", perdendo apenas para a E=mc2
de Einstein. Newton jamais enunciou explicitamente a lei nesta forma reduzida.
A segunda lei de Newton afirma a proporcionalidade
direta de aceleração à força (no caso da massa constante) e a proporcionalidade
inversa da aceleração à massa (no caso de força constante). A aceleração pode
ser definida em dinâmica como a derivada da velocidade em relação ao tempo. No entanto, em física avançada, ainda há questões
profundas que permanecem, como em relação à definição adequada da massa.
Terceira lei de Newton
A terceira lei de Newton trata da aplicação
simétrica de forças em diferentes objetos. A terceira lei explica que todas
estas forças são interações entre diferentes corpos e que entre estes não há
uma força unidirecional atuando um único corpo.
Sempre que um primeiro exerce uma força F em
um segundo corpo, o segundo corpo exerce uma força no primeiro corpo, igual em
magnitude e contrária em sentido. Esta lei é também referida como lei de
ação e reação, sendo que uma força é chamada de ação e a outra de reação. A
ação e a reação são simultâneas:
Se o objeto 1 e o objeto 2 são considerados como
partes de um sistema, a soma das forças entre objetos do sistema é nula:
No caso de um sistema fechado de partículas em que
não há uma força externa, os objetos constituintes podem acelerar-se um em
relação ao outro, mas o sistema completo permanece não acelerado, tendo como
base de localização o centro de
gravidade.
Alternativamente, se uma força externa atua sobre o
sistema, então o centro de gravidade experimentará uma aceleração proporcional
à magnitude da força externa dividida pela massa do sistema.
Combinando a segunda e a terceira lei de newton,
chega-se ao resultado da conservação de momento linear de um sitema:
-
É obtida. Num sistema que contém os objetos 1 e 2,
Partindo-se da lei e aplicando deduções, chega-se a
uma generalização para um sistema com vários objetos. Neste caso, ainda, a
troca forças entre objetos constituintes não afeta o impulso do sistema como um
todo.
Forças fundamentais
Da interação entre entes físicos
Na natureza reconhecemos quatro tipos de forças
fundamentais, enumeradas por sua ordem de grandeza:
A força nuclear forte e a força nuclear fraca estão presentes
no núcleo atômico e não são observadas no cotidiano.
A força
eletromagnética é responsável por todas as interações observadas
no dia-a-dia, excetuando-se as interações gravitacionais.
A força da
gravidade
constitui-se na quarta espécie de força, sobre a qual Newton se debruçou,
questionando-se sobre o motivo dos objectos caírem no solo (fábula da maçã
caindo junto ao nascer da lua no horizonte).
As forças de gravidade e eletromagnetismo são forças
familiares na vida diária. As interações fortes e fracas são forças novas
introduzidas quando se discutem fenômenos nucleares. Quando dois
CONCLUSÃO
Depois de uma séria pesquisa na cadeira de física
sob tema “a importância da Força”, concluímos que a Força é qualquer ação ou influência capaz de
modificar o estado de movimento ou de repouso de um corpo (ou de uma situação
dada), como também imprimir-lhe uma aceleração modificando sua velocidade.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
-
Ver páginas 9-1 e 9-2 de
Feynman, Leighton and Sands (1963)
-
E.g. Feynman, R. P.,
Leighton, R. B., Sands, M... Lectures on Physics. [S.l.]: Addison-Wesley,
1963. vol. 1.
-
Kleppner, Daniel; Robert Kolenkow. An Introduction to Mechanics.
[S.l.]: McGraw-Hill, 1973. 133–134 p. ISBN
0070350485.
-
University Physics, Sears, Young & Zemansky, pp18–38
-
Heath,
T.L... The Works
of Archimedes (1897). The unabridged work in PDF form (19 MB). Archive. Página visitada em 14 de outubro de 2007.
-
Lang, Helen The Order of
Nature in Aristotle's Physics: Place and the Elements (1998)