Física I/Conceitos Básicos: Força, Energia e Campo

Força

Na física clássica, Força (F) é o único agente do Universo capaz de alterar o estado de repouso ou de movimento de um corpo ou sua deformação. Para um corpo de massa constante a força resultante sobre ele possui módulo igual ao produto entre massa e aceleração $\left(F=ma\right)$ . Tal equação provém da segunda Lei de Newton ou princípio fundamental da dinâmica (p.f.d.). Mais formal e geralmente, temos que força é a derivada temporal total do momento linear ou quantidade de movimento $\left(F={\frac {\Delta p}{\Delta t}}\right)$.

Isaac Newton, a partir de suas reflexões e análises, interpretou as três leis básicas do movimento que herdaram o seu nome, em homenagem. A primeira lei responde à pergunta do vôo de uma flecha, que atravessa o ar assim que disparada de um arco, não caindo no chão. Esta lei afirma que «um objecto permanecerá no seu estado de repouso ou movimento rectilíneo e uniforme, desde que forças externas não atuem sobre ele». Ou seja, uma vez que a flecha é disparada, iniciando um deslocamento, continuará a mover-se constantemente até qualquer coisa a fazer parar ou lhe modificar o movimento de alguma forma - não é, portanto, necessária nenhuma ação de qualquer espécie para mantê-la em funcionamento.

Esta lei também consegue explicar por que os planetas continuam sempre a se mover no espaço: iniciaram o movimento quando foi formado o sistema solar e, embora não exista nada no espaço que os mantenha em movimento, também não existe nada que os impeça de se moverem.

Quando uma força atua, utiliza energia e produz trabalho. Há várias espécies de forças, tal como há várias espécies de energia. A expansão de um gás, por exemplo, ao ser aquecido, produz uma força à medida que o seu volume aumenta - é esta força que origina o movimento do automóvel, avião ou foguete. Considerando outro exemplo, a força muscular surge das mudanças químicas nos músculos que fazem com que as suas fibras se contraiam. Os campos eléctricos e magnético produzem ambos força.

A segunda lei pode ser assim enunciada: se a resultante das forças que atuam sobre um corpo não é nula o corpo acelerará na mesma direção e sentido do vetor resultante. A quantidade de aceleração é diretamente proporcional à força resultante e inversamente proporcional à massa do corpo.

A gravidade origina uma outra espécie de força que Newton revelou, questionando-se sobre por que motivo os objectos cairiam no solo. Já Galileu tinha descoberto que os objectos aceleravam à medida que caíam, ou seja, que sofriam alterações no seu movimento. Newton justificou esta teoria revelando que uma força exercida sobre o corpo em queda, a força da gravidade. Em homenagem, a unidade SI de força é o newton (N). Considerando que a gravidade terrestre próxima à superfície é um número próximo de 10 m/s², o peso de um corpo de 1000 g (1 kg) aproxima-se de 1 N.

A terceira lei pode ser assim enunciada: se um corpo A aplicar uma força sobre um corpo B, este último aplicará sobre A outra força, simultaneamente, de mesma intensidade, mesma direção, contudo de sentido contrário.

Em suma, a força da gravidade afeta tudo o que existe na superfície da Terra (e no espaço) - esta força é o peso de todas as coisas $\left(P=mg\right)$ .

Uma força não se vê, porém, detectam-se os seus efeitos. Estes podem ser a variação da velocidade do corpo (por exemplo, quando se dá um chute numa bola em repouso, esta passa a efectuar um movimento), aplicada a força (e.g. a deformação momentânea da bola quando é chutada...).

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