Introdução à Dinâmica O que causa o movimento? Na Antiguid...

Introdução à Dinâmica O que causa o movimento?

Na Antiguidade, os filósofos já estudavam o que gera o movimento dos corpos. O filósofo grego Aristóteles de Estagira (384 a.C.-322 a.C.) elaborou uma teoria estabelecendo que cada objeto teria uma tendência de movimento guiada por sua essência (Fig. 1).

Por essa perspectiva, a fumaça, por exemplo, teria a tendência de se movimentar para cima, pois sua essência estaria no fogo e no ar. Desse modo, a explicação para a causa do movimento estaria relacionada a um “motor interior” de cada corpo.

Nessa época, já se pensava que os objetos têm tendência de parar seu movimento. De fato, não há qualquer objeto que tenha movimento perpétuo. Essas ideias sobre o mundo natural estavam de acordo com a filosofia e o conhecimento da época e se baseavam em análises qualitativas da natureza, ou seja, análises que geralmente consideram observações diretas do ambiente natural.

Quase 2 mil anos depois de Aristóteles, durante o Renascimento europeu (entre os séculos XIV e XVI), intensificou‑se o estudo do que provoca o movimento dos corpos, das interações entre eles e das leis que poderiam determinar os movimentos. Os estudos do filósofo francês René Descartes (1596‑1650) influenciaram essa mudança na ciência, uma vez que o método utilizado para estudar a natureza passou a contar com a sistematização de experimentos e a ênfase em análises de seus resultados.

Com base na realização e na análise de experimentos, a comunidade científica concluiu que os objetos cessam seu movimento porque interagem com o ambiente. Por exemplo, uma bola rola sobre a grama e, em algum momento, para. Por quê? O movimento da bola cessa por causa do atrito com a grama e com o ar.

Em 1687, baseado nos conhecimentos de Galileu Galilei, Tycho Brahe, Johannes Kepler e Edmond Halley, entre outros cientistas, Isaac Newton (1643‑1727) estabeleceu o conceito de movimento, descrevendo‑o em sua obra Princípios matemáticos da filosofia natural (Principia), que apresenta de forma rigorosa as leis do movimento.

Conceito de força A força é uma grandeza vetorial que, ao agir sobre um corpo, pode alterar seu estado de repouso ou de movimento e, em algumas situações, pode provocar deformação em materiais e objetos. Por exemplo, ao aplicar uma força na extremidade de uma mola, seu comprimento se altera. Podemos dizer, então, que essa grandeza vetorial é sempre resultado da interação entre dois corpos.

Forças fundamentais da natureza De maneira geral, a Física é capaz de descrever quase todos os fenômenos da natureza com base na ação de quatro forças fundamentais: a força gravitacional, a força eletromagnética, a força nuclear fraca e a força nuclear forte. As duas primeiras podem explicar vários fenômenos que se relacionam à vida cotidiana; já para explicar os fenômenos na escala atômica, no campo da Física Quântica, por exemplo, devemos considerar as forças nuclear fraca e nuclear forte.

Em termos gerais, a força gravitacional está relacionada com a massa dos corpos, ou seja, a força de atração que uma porção de matéria exerce sobre outra. A força eletromagnética está relacionada às partículas e aos corpos com carga elétrica. A força nuclear fraca está relacionada à estabilidade nuclear e ao decaimento de partículas nucleares. Já a força nuclear forte está vinculada à coesão do núcleo atômico.

Na natureza, as forças atuam continuamente por meio da interação entre os corpos. O movimento da Lua ao redor da Terra (Fig. 3), por exemplo, ocorre devido à ação da força gravitacional entre esses corpos. Cada alteração de estado — seja de repouso, seja de movimento — é resultado da ação de uma força.

Força resultante e equilíbrio de um corpo No planeta Terra, são muito raras as situações em que os corpos estejam sob a ação de apenas uma força. Para descrever a ação dessas forças, consideramos a força resultante, representada por que é a soma vetorial de todas as forças que agem sobre o corpo. A Figura 4, por exemplo, ilustra uma situação em que o corpo está sujeito a diversas forças, mas a resultante das forças é nula.

Um corpo sujeito a forças cuja resultante é igual a zero é considerado em equilíbrio. De maneira geral, há dois tipos de equilíbrio, o estático e o dinâmico.

Por exemplo, um objeto em repouso sobre qualquer superfície está em equilíbrio estático, pois sua velocidade vetorial é zero e não varia com o passar do tempo. Já um carro que se movimenta com velocidade constante ( constante) e em linha reta, ou seja, em movimento retilíneo uniforme (MRU), está em equilíbrio dinâmico.

Note que o equilíbrio pode ser atingido tanto com o corpo em repouso como em movimento.

Forças de contato e de campo Podemos ainda classificar uma força como força de contato ou como força de campo.

A força de contato, como o nome sugere, é uma força que atua apenas enquanto os corpos estão em contato. Por exemplo, ao se chutar uma bola, a força que o pé aplica à bola atua apenas enquanto ele estiver em contato com a bola e deixa de existir quando a bola perde contato com o pé (Fig. 5A).

A força de campo, ou força com ação a distância, é aquela que atua a distância, sem necessidade do contato entre os corpos. As forças fundamentais, já citadas, são forças de campo. A força que um ímã exerce sobre parafusos de ferro é uma força de campo, chamada de força magnética (Fig. 5B).

Unidade de medida de força No Sistema Internacional de Unidades (SI), a grandeza força é medida em newton, símbolo N, em homenagem a Isaac Newton. A força de 1 N é a força que, aplicada em um corpo de massa 1 kg, provoca uma aceleração de 1 m/s2.

Considerando a aceleração da gravidade local igual a 10 m/s2, 1 N é a força necessária para segurar um objeto de 100 g, ou seja, um corpo com massa menor que a de uma maçã.

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