O que é uma força?

Um newton equivale aproximadamente ao peso de uma maçã pequena na sua mão.

Empurrões e puxões

No dia a dia, uma força é um empurrão ou um puxão. Você empurra uma porta, puxa uma gaveta, chuta uma bola, se apoia em uma parede. Na física, força é tudo que pode mudar o movimento ou a forma de um objeto: colocá-lo em movimento, pará-lo, aumentar ou diminuir sua rapidez, mudar sua direção, comprimi-lo ou esticá-lo. Uma força sempre atua entre dois objetos. Sua mão empurra a porta; a Terra atrai a maçã; a estrada empurra os pneus. Se você não consegue identificar o segundo objeto, provavelmente não encontrou uma força real.

Algumas forças exigem contato: o atrito entre uma caixa e o chão, a tração em uma corda, a força do chão que sustenta você (chamada força normal, pois atua perpendicularmente à superfície) e a resistência do ar ou da água. Outras atuam através do espaço vazio: a gravidade, a força elétrica entre cargas e a força magnética entre ímãs. A gravidade do Sol atravessa 150 milhões de quilômetros de espaço quase vazio para manter a Terra em sua órbita.

Medindo forças em newtons

A força é medida em newtons (N), em homenagem a Isaac Newton. Um newton é a força que produz uma aceleração de 1 m/s² em uma massa de 1 kg; portanto, 1 N = 1 kg·m/s². Parece abstrato, mas é uma quantidade pequena e cotidiana. Uma maçã pequena, de cerca de 100 g, pesa aproximadamente 1 N na Terra. Sustentar um pacote de açúcar de 1 kg exige cerca de 9.8 N. Uma balança de mola, como as usadas para pesar bagagens, mede a força diretamente: a mola se alonga proporcionalmente ao puxão.

Forças se somam como setas

A força é uma grandeza vetorial, então a direção e o sentido importam. Duas pessoas puxando um carrinho no mesmo sentido com 30 N e 20 N produzem um total de 50 N. Se puxarem em sentidos opostos, o total será 30 − 20 = 10 N no sentido da força maior. A soma de todas as forças que atuam em um objeto é chamada força resultante. Quando duas forças perpendiculares se combinam, você as soma como os catetos de um triângulo retângulo: 3 N para leste e 4 N para norte resultam em 5 N para nordeste, pelo teorema de Pitágoras.

Quando as forças que atuam em um objeto se anulam, a força resultante é zero e as forças estão equilibradas. Um livro em repouso sobre uma mesa é um bom exemplo: a gravidade o puxa para baixo e a mesa o empurra para cima com a mesma intensidade. Em um cabo de guerra em que nenhum lado se move, as duas equipes podem puxar com centenas de newtons, mas a força resultante na corda é zero. São as forças desequilibradas que alteram o movimento, assunto das leis de Newton na próxima lição.

Diagramas de corpo livre

Os físicos organizam as forças em um diagrama de corpo livre: desenhe o objeto como uma caixa ou um ponto e, em seguida, uma seta para cada força que atua nele, partindo do objeto e apontando no sentido da força. O comprimento das setas indica suas intensidades. Para um caixote sendo empurrado sobre o chão, há quatro setas: o peso W para baixo, a força normal N para cima, seu empurrão F e o atrito f no sentido contrário ao movimento.