Você sabe o que é Força?

Neste último sábado fizemos, eu e alguns amigos, uma caminhada para uma cidade próxima com o objetivo de pagar uma última promessa feita. Um dos amigos era, por sinal, meu primo: farmacêutico, mestre em ciências biológicas e entusiasta da vida de docente como o que vos escreve.

Durante nossa caminhada, assim como em nossos encontros, não deixamos de cair no assunto científico (que por sinal, foi um dos primeiros do trecho de 10 km executado). E longa foi a conversa sobre diversos temas: Aulas, Preparação, Conceituação, Definição, Exemplificação, Sequência Lógica e Construtiva de Conteúdos, e assim vai.

Um dos pontos de discussão foi o conceito e a definição de força, que foi rapidamente abordado, mas depois abandonado por um motivo atualmente esquecido. Mas, como trabalho com este tema com certa frequência em sala de aula, resolvi dissertar sobre ele um pouquinho aqui.

Você já se questionou o que é força? Já parou para dizer para sua cabeça qual é o conceito ou definição de força? Segundo a Nasa, Força é qualquer agente externo que modifica o movimento de um corpo livre ou causa deformação num corpo fixo. Essa definição da Wiki não é ruim, mas realmente ajuda agente a montar uma concepção da mesma em nossa cabeça? Eu, particularmente, acho que não.

Na realidade, a ideia de força, para mim, vem associada às três leis de Newton em si. Vamos falar delas então:

Na primeira lei de Newton, temos a definição de inércia como um estado. Ou seja, define-se inércia o estado em que um corpo com massa se encontra se está em repouso ou em movimento retilíneo de velocidade constante (em relação a um referencial inercial especial, que sempre está parado ou em velocidade constante e retilínea, mas isso não é extremamente relevante para nossa discussão). Nessa primeira lei também fica definido que um corpo deixa o estado inercial somente se um conjunto de outros corpos interagirem com este corpo de forma que estas interações, que são externas ao corpo em questão, não se anularem. ]

Um bom exemplo da primeira lei é um cabo de guerra, mas com uma geladeira amarrada no meio do cabo: A geladeira é o corpo em análise e as cordas amarradas a cada lado da mesma são os corpos interagindo com a mesma. Suponha que a geladeira, inicialmente inercial (parada, no caso), seja puxada com o mesmo vigor para cada um dos lados ao mesmo tempo por meio de cada corda. Naturalmente temos que a geladeira continuará parada (inercial), pois as interações de cada uma das cordas são de mesma magnitude e estão direcionadas em sentidos contrários. Logo, se anulam. Agora, se a intensidade de uma das puxadas for diferente da outra, teremos um movimento da geladeira para o lado desta puxada mais forte, indicando que: 1 – As interações das cordas sobre a geladeira não se anularam e 2 – por consequência disto, a geladeira abandonou o estado inercial.

Até aqui só falamos de interações, e assim continuaremos por mais um tempo. Mas já tenha em mente, em um canto dela, que as interações entre os corpos são, em si, as forças de um corpo sobre outro.

Agora, a segunda lei é aquela da fórmula matemática tão conhecida na mecânica:

Que diz que Força Resultante é igual a Massa vezes Aceleração. Interpretando ela bem, fica possível ver que ela complementa a primeira lei. Como? Bem simples: Na primeira lei temos que a ausência ou a nulidade de interações externas sobre um corpo conferem a ele um estado inercial (parado ou velocidade constante e retilínea). Agora se as interações externas existem e não se anulam, obrigatoriamente o corpo não está mais em estado inercial. O antônimo físico de estado inercial é chamado de aceleração, variação de velocidade. É exatamente isso o que está escrito na equação acima: A resultante das interações externas (então define-se força), quando não nula, causa a um corpo de massa m, que sofre ação desta resultante, uma aceleração a. Aqui é importante observar também que a direção e sentido da força resultante também define a direção e sentido que um corpo vai acelerar.

Voltando ao caso da geladeira, tudo fica tranquilo de ser compreendido: Quando o vigor, a força, aplicada sobre uma das cordas é maior que a outra (supondo que ambas estão em sentidos contrários, porém amarradas à geladeira), é natural que a geladeira se mova. E é mais natural ainda que a geladeira se mova no sentido da força maior, indicando o sentido da resultante das forças aplicadas sobre a geladeira.

Até aqui já dá pra ver que o entendimento de força é algo muito mais amplo que uma simples exemplificação de um empurrão, puxão, atração, etc… Mas vamos adiante, temos a terceira lei de Newton

A terceira lei de Newton é a lei da ação e reação. Uma das maneiras de interpretar essa lei é supor toda força de ação gera uma força de reação. Eu, particularmente, não gosto desta definição. Eu prefiro falar que dois corpos, quando interagem, trocam forças. Isso mesmo! Trocar Forças. Essa compreensão tira a possibilidade de uma ação vir antes de uma reação. Falando que corpos trocam forças, deixamos bem claro que a força aplicada um no outro é mútua e ocorre ao mesmo tempo, sem “delay” ou “lag”. Agora, nessa lei tem sempre algo que é muito conflitante com nossa percepção de força quando leigos: a intensidade das forças trocadas ser obrigatoriamente igual. Em outras palavras, estou afirmando que o vigor, a magnitude, a intensidade, o valor numérico em Newtons, da força aplicada por A em B tem de ser igual a da força aplicada por B em A. Por uma regra de troca, isso até se justifica, mas muitas vezes na prática não enxergamos isso (ou estamos enganados). Vamos a um exemplo.

Suponha dois patinadores parados sobre uma pista de gelo. Inicialmente estão de mãos dadas, palmas com palmas, um de frente para o outro. O patinador da esquerda, que é na realidade uma patinadora muito esbelta, Maria, tem 50 kg de massa. Seu par, João, na direita, que não é tão cuidadoso com seu corpo, tem 100 kg de massa (e mesmo assim insiste na carreira de patinador, mas tudo bem). Em determinado momento, Maria começa a se empurrar João. Maria faz sobre João uma força para a direita e, mesmo que João não queira, ele, pela obrigação da terceira lei de Newton, também empurra Maria, porém para a esquerda. João não tem que querer neste caso, pois como, no contato, ambos estão interagindo entre si, a força é aplicada aos dois. Isso é tanto verdade que, por conta do baixo atrito entre patins e gelo, Maria vai para a esquerda (por conta da força aplicada a ela por João) e João vai para a direita (por conta da força aplicada a ele por Maria). Interessante, não é? Mas isso demonstra única e exclusivamente a existência de um forças em corpos distintos quando há interação entre eles. Aliás, também demonstra que as forças, nos corpos distintos, tem mesma direção (nesse caso horizontal) e sentido contrário. Mas e as intensidades? Pela diferença das massas de Maria e João, ambos vão se afastar, mas quando deixarem de se tocar, ao fim do empurrão, Maria por ser mais leve terá maior velocidade que João. Como ficamos?

É justamente este o ponto: nosso corpo não percebe a força aplicada, mas sim os efeitos da força. São eles: pressão e aceleração. Mas aqui vamos nos ater somente na aceleração. Nosso corpo é um detector de acelerações (claro que acima de um determinado valor e abaixo daquelas que podem nos matar). A variação de velocidade, seja ela de qualquer natureza, é rapidamente identificada pelo nosso corpo: uma freada brusca, uma pisada funda no acelerador do carro, uma curva fechada em alta velocidade; todos estes são exemplos de variações de velocidade que nosso corpo é capaz de detectar. Agora, onde isso se encaixa em nossos patinadores? Pausa – Se você chegou até aqui na leitura, meus parabéns! Voltando: Simples: enquanto o contato existe, existe a interação entre Maria e João e também a força trocada entre os dois. Durante este tempo, Maria sobre uma aceleração inversamente proporcional a sua massa (afinal, de F = m.a, então a = F/m), o que vale também para João com sua respectiva massa. Assim, como a força é a mesma aplicada aos dois (em módulo, no caso, intensidade, pois sabemos que os sentidos são contrários), quem tem massa maior, acelera menos e vice versa. No fim do toque, quem teve maior aceleração, no caso a Maria, com massa menor, ganhou mais velocidade. E ponto final.

Eu poderia ficar filosofando ainda mais sobre forças, referenciais, movimentos, inércia, pressão, mas não é o caso de hoje.

Grandes abraços e até a próxima!

 

 

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