Dinâmica

Um dos objetivos da Física é a compreensão e a descrição dos fenômenos naturais, sendo necessário operar com diversas grandezas. Algumas delas necessitam de um número e de sua unidade para que sejam completamente identificadas. Grandezas desse tipo são chamadas grandezas escalares.
É necessário ter mais informações a respeito da força que age, está faltando a orientação das grandezas no caso dos exemplos da caixa e da velocidade do vento que atua sobre o balão.
As grandezas força e velocidade só ficam perfeitamente determinadas se for acrescida sua orientação. As grandezas desse tipo são chamadas grandezas vetoriais.
Define-se orientação de uma grandeza vetorial como sendo sua direção e sentido, porém esses são conceitos distintos.
Objetos que se movimentam em uma mesma trajetória retilínea, ou em trajetórias retilíneas paralelas, deslocam-se na mesma direção, mas podem estar no mesmo sentido ou em sentidos opostos. Para que dois objetos tenham movimentos de mesma orientação, é necessário que tenham mesma direção e mesmo sentido.
Uma grandeza vetorial é representada geometricamente por uma seta, que é um segmento de reta orientado. A orientação da seta é a orientação da grandeza vetorial.
Essas setas são chamadas de vetores. Há uma grande quantidade de notações para indicar um vetor, sendo que a mais comumente utilizada é a por letras maiúsculas ou minúsculas com uma seta sobre a letra.
O valor, isto é, a parte numérica de um vetor recebe o nome de módulo do vetor e sua representação é a letra com a seta entre barras ou simplesmente a letra sem a seta acima dela.
Portanto, um vetor é constituído de módulo, direção e sentido, e sua representação é uma seta. A maneira de operar vetores é bastante diferente das operações matemáticas, pois os vetores não são somente números, têm, também, direção e sentido, que devem ser levados em consideração.
A regra do paralelogramo consiste na soma dos vetores a e b a fim de se obter o vetor resultante. Neste caso, é necessário utilizar a fórmula R = a + b.
Na regra do poligonal, os vetores devem ser enfileirados um atrás do outro, em qualquer ordem, de maneira que onde termina um começa o outro. Além disso, a representação gráfica se dá de duas formas:

• quando os vetores estão na mesma direção e têm o mesmo sentido; e
• quando os vetores são de mesma direção e têm sentidos opostos.

A determinação gráfica do valor da resultante é possível desde que se use o desenho dos vetores em escala, isto é, o tamanho dos vetores deve ser proporcional aos seus valores. Para que determinemos precisamente o valor da resultante, uma das formas de fazê-lo é por meio da Lei dos Cossenos. Ela apresenta algumas limitações: dá-nos o valor da resultante, mas não nos dá sua orientação, e só é possível para soma de dois vetores.
As relações entre força e movimento foram objeto de estudo por parte de filósofos e estudiosos dos fenômenos da natureza. Aristóteles, foi um desses estudiosos. Em suas conclusões, ele afirmou que:

• “Na ausência de forças, todo corpo em movimento, cedo ou tarde, estará em repouso”;
• “As forças são as causas dos movimentos”;
• “O estado natural dos corpos é o repouso”; e
• “O repouso é essencialmente diferente do movimento”.

Analisando-se essas conclusões, observamos que Aristóteles acreditava que um corpo só poderia permanecer em movimento se houvesse uma força atuando sobre ele. Um corpo só pode se mover na presença de uma força. Cessando a ação da força, o corpo voltaria ao repouso.
Galileu Galilei realizou uma série de experimentos que o levou a conclusões diferentes das de Aristóteles. O primeiro analisou que, empurrando-se uma esfera em repouso, ela entrava em movimento, mas continuava a se mover, percorrendo uma certa distância mesmo depois que se deixava de empurrá-la. Consequentemente, um corpo podia estar em movimento sem a ação de uma força que o empurrasse.
Se fosse possível deixar o piso cada vez mais liso, e assim eliminar totalmente a ação do atrito, o corpo continuaria a se mover em linha reta, indefinidamente, sem diminuir de velocidade.
Os estudos de Galileu Galilei levaram-no a atribuir aos corpos uma propriedade denominada inércia, segundo a qual os corpos tendem a resistir às mudanças em seu estado de movimento. Devido à inércia, os corpos “resistem” a alterar seu estado de movimento, e essa resistência é maior ou menor, dependendo da quantidade de matéria do corpo.
No Sistema Internacional, a unidade de massa é o quilograma, cujo símbolo é kg.
 
1ª Lei de Newton
Ao estruturar os princípios da Mecânica, Newton baseou-se em estudos de grandes físicos, entre os quais Galileu. Assim, a 1ª Lei de Newton nada mais é que a síntese das ideias de Galileu relativas à inércia, e é por isso que também é conhecida como Lei da Inércia.
Em resumo, na ausência de forças, ou se a força resultante sobre o corpo é nula, um corpo em repouso continua em repouso e um corpo em movimento continua em movimento, em linha reta, com velocidade constante. Sempre há um corpo exercendo uma força sobre outro corpo.
Força é uma ação de um corpo sobre outro, uma ação mútua entre corpos, isto é, uma interação entre corpos. Toda força é exercida numa determinada direção e sentido. Portanto, força é uma grandeza vetorial.
As forças também podem provocar o equilíbrio, isto é, em um corpo pode haver forças que se anulam. Quando as forças provocam o repouso, o corpo está em equilíbrio estático; quando as forças provocam um movimento com velocidade constante, diz-se que o corpo está em equilíbrio dinâmico.
A substituição de todas as forças que atuam num corpo por somente uma força chama-se força resultante.
 
2ª Lei de Newton
“A aceleração que um corpo adquire é diretamente proporcional à resultante das forças que atuam sobre ele e tem a mesma direção e sentido desta resultante. ”
A unidade da força, no Sistema Internacional, é Newton [N], sendo a massa é expressa em kg e a aceleração, em m/s². Logo, uma força resultante de 1 N transmite a um corpo de 1 kg uma aceleração de 1 m/s².
Peso também é uma força e, portanto, não é uma propriedade dos corpos, é uma força de atração entre um corpo e a Terra.
Você deve se atentar ao fato de que massa é diferente de peso. Explicando melhor, a massa é a medida da inércia de um corpo, é uma grandeza escalar e sua unidade é o kg. Peso é uma força, isto é, a força de atração que a Terra exerce sobre os corpos. A força peso provoca sobre os corpos uma aceleração aproximada de 9,8 m/s² e sua unidade de medida é o N (newton).
 
3ª Lei de Newton
As forças são o resultado da interação entre dois corpos e, nessa interação, elas sempre aparecem aos pares: para cada ação que um corpo faz sobre outro corpo, existirá sempre uma reação igual e contrária desse corpo sobre o primeiro.
“Se um corpo A exerce uma força sobre um corpo B, então o corpo B exerce simultaneamente uma força sobre o corpo A. Ambas as forças são de mesma intensidade, mesma direção e sentidos contrários. ”
Podemos observar essa força frequentemente em nosso cotidiano: quando caminhamos, a força de atrito surge quando há deslizamento ou tendência ao deslizamento entre os corpos que estão em contato. Quanto maior for a força de compressão entre as superfícies dos corpos, maior será a força de atrito. Quanto mais lisas e polidas são as superfícies, menor é o atrito; quanto mais rugosas e irregulares são as superfícies, maior é o atrito. O atrito depende dos materiais e das superfícies em contato.
Quando um corpo pressiona o chão com o seu peso para baixo, o chão reage a essa pressão com uma força igual e contrária, igual ao peso, para cima. Essa força de reação do chão para cima chama-se força normal, geralmente simbolizada pela letra N.
Coeficiente de atrito é um fator que representa o acabamento e os materiais das superfícies que estão em contato quando há deslizamento ou tendência ao deslizamento entre elas.
A força de atrito varia de zero até um valor máximo, dependendo da tendência do movimento.