Força Normal, força de atrito e resistência do ar

1) O que é força Normal?

É força que a superfície exerce num corpo.

2) Como se mede a força Normal?

A direção da força normal é sempre de 90° com a superfície.

Se o objeto se encontra em repouso sobre uma superfície horizontal, a força normal (N) tem o mesmo valor do peso (P).

Matematicamente: N = P

 

3) Exemplo: Um bloco de massa 2,0 kg está apoiado numa mesa horizontal. Dê as características e calcule o valor da força normal que atua sobre o bloco (considere g = 10 m/s²).

 

A normal (N) será igual ao peso (P), pois a superfície é horizontal. N = P.

Usando a fórmula do peso:

N = m⋅ g

N = 2 x 10

N = 20 N

As características da força normal (N) são: 

direção vertical; 

sentido de baixo para cima;

e módulo = 20 N.

4) O que é força de atrito?

É força de resistência: se opondo à ação de alguma força aplicada sobre um corpo. Sua função principal é frear o movimento, comumente se opondo a um movimento. Porém em outros momentos gerando o movimento. Quando caminhamos, o chão é empurrado para trás, de modo que o atrito impulsiona-nos para frente. Nesse caso, movimento e atrito possuem mesmo sentido.

 

5) Como calcula-se a força de atrito?

Seu sentido sempre é contra à uma força aplicada sobre um corpo.

Fórmula da força de atrito (Fat):

Fat = μ ⋅ N

μ coeficiente de atrito (um valor dependente das características da superfície).

N: força normal.

 

6) O que é atrito estático?

É força de atrito existente na superfície. Para por em movimento um objeto que se encontra nessa superfície é preciso aplicar sobre ele uma força F, tal que F > F_at(e).

 

7) O que é atrito dinâmico?

É o atrito que aparece quando o objeto já está em movimento.

8) Um bloco com massa de 3 kg está em movimento com aceleração constante na superfície de uma mesa. Sabendo que o coeficiente de atrito dinâmico entre o bloco e a mesa é 0,4, calcule a força de atrito entre os dois. Considere g = 10 N/kg.

Dados:

m = 3 kg

μ_c = 0,4

g = 10 N/kg

Utilizamos a equação:

F_{at (c)} = N ∙ μ_c

N = P

N = m∙g

F_{at (c)} = N ∙ μ_c

F_{at (c)}  = m ∙ g ∙ μ_c

F_{at (c)}  = 3 x 10 x 0,4

F_{at (c)}  = 12 N

9) Um bloco de madeira com massa de 10 kg é submetido a uma força F que tenta colocá-lo em movimento. Sabendo que o coeficiente de atrito estático entre o bloco e a superfície é 0,6, calcule o valor da força F necessária para colocar o bloco na situação de iminência do movimento. Considere g = 10 N/kg.

Dados:

m = 10 kg
μ_e = 0,6
g = 10 m/s2

O bloco entrará na iminência do movimento quando a força F for igual à força de atrito estático.

F = F_{at (e)}
F = N ∙ μ_e
F = m ∙ g ∙ μ_e
F = 10 x 10 x 0,6
F = 60 N

10) Que relação pode ser notada entre os diferentes tipos de atrito?

Também é importante observar que o atrito dinâmico sempre será menor do que o atrito estático máximo. Isso se deve ao fato de que o coeficiente de atrito estático é maior que o coeficiente de atrito dinâmico:

μ_e > μ_c

Para colocar um objeto em movimento, é preciso fazer mais força do que para mantê-lo em movimento. Veja na tabela abaixo alguns valores de coeficientes de atrito dinâmico e cinético para alguns materiais:

11) Qual a importância da força de atrito?

O atrito, muitas vezes, é visto como algo negativo. O atrito provoca desgaste em peças de máquinas, em solas de sapato; para vencer, o atrito os automóveis gastam mais combustível, entre outros.

Porém, sem o atrito, seria impossível realizar algumas atividades essenciais, como andar ou colocar um automóvel em movimento.

Uma pessoa, ao caminhar, empurra o chão para trás com os seus pés. Isso faz com que surja uma força atrito em sentido contrário, ou seja, o chão passa a exercer uma força sobre a pessoa, empurrando-a para frente. Se não houvesse o atrito, ocorreria algo de forma semelhante a quando se tenta andar sobre um chão muito bem encerado ou com sabão. As pessoas escorregariam e jamais conseguiriam andar.

Quanto as rodas de um automóvel começam a girar, passa a existir um atrito entre elas e o chão que as impulsiona para frente. Se não houvesse o atrito, as rodas girariam, mas o carro não se movimentaria.

12) Qual o efeito da força de resistência do ar sobre um corpo em queda?

Na queda, o corpo sofre a resistência do ar que, inicialmente se manifesta em menor intensidade que a força peso sobre ele, e aumenta até atingir intensidade igual a da força peso, provocando alteração na velocidade do corpo na queda, que a partir de uma velocidade inicial vai aumentando até atingir a velocidade limite e se mantém constante durante o restante da queda. A velocidade limite se dá quando a força resultante sobre o corpo é nula, ou seja, P – f_ar. = 0. 

Atividades:

1) Quando um corpo ou objeto está sobre uma superfície, a superfície exerce uma força sobre esse corpo ou objeto. Qual nome desse tipo de força?

        (A) Força Peso.

        (B) Força Normal.

        (C) Força de Atrito.

        (D) Força da Resistência do Ar.

2) Que relação existente entre a força Peso e a força Normal está incorreta entre as afirmativas abaixo?

        (A) Quando algum objeto encontra-se em equilíbrio e apoiado em uma superfície perfeitamente plana, a força Normal terá a mesma intensidade da força Peso.

        (B) Quando algum corpo encontra-se apoiado sobre um plano inclinado, a força Normal não corresponde à força Peso, mas somente à sua componente vertical.

        (C) Quando empurramos uma parede, por exemplo, ela exercerá sobre nós uma força normal que é perpendicular à sua superfície e à força Peso sobre nós.

        (D) A intensidade da força normal é sempre igual ao peso do corpo.

3) Um dicionário de massa 1,5 kg está apoiado numa mesa horizontal. Calcule o valor da força normal que atua sobre o dicionário (considere g = 10 m/s²).

 

4) Quando empurramos ou puxamos um determinado objeto tentando movê-lo, percebemos que existe certa dificuldade para colocá-lo em movimento. Essa dificuldade deve-se à uma força que se opõe à ação da força do movimento. Qual o nome desse tipo de força que se opõe à força do movimento?

         (A) Força Peso.

         (B) Força Normal.

         (C) Força de Atrito.

         (D) Força de Resistência do Ar.

5) Marque a alternativa correta a respeito da força de atrito:

      (A) A força de atrito sempre é oposta ao movimento dos objetos.

      (B) O coeficiente de atrito estático é menor que o coeficiente de atrito dinâmico (cinético).

    (C) Se um objeto estiver em uma superfície horizontal, a força de atrito será determinada pelo produto do coeficiente de atrito pelo valor do peso do corpo.

     (D) Se um objeto estiver parado sobre um plano inclinado, a força de atrito é igual ao peso do objeto.

6) Qual tipo de atrito que é aplicado nas rodas de  um veículo em movimento?

 

7) Um bloco de 5 kg se desloca sobre uma mesa horizontal com aceleração constante. O coeficiente de atrito dinâmico entre o bloco e a mesa é 0,3. Calcule a força de atrito entre o bloco e a superfície. Considere g = 10 m/s².

8) Uma pessoa necessita da força de atrito em seus pés para se deslocar sobre uma superfície. Logo, uma pessoa que sobe uma rampa em linha reta será auxiliada pela força de atrito exercida pelo chão em seus pés.

 

9) Em relação ao movimento dessa pessoa, quais são a direção e o sentido da força de atrito mencionada no texto? 

      (A) Perpendicular ao plano e no mesmo sentido do movimento.
      (B) Paralelo ao plano e no sentido contrário ao movimento.
      (C) Paralelo ao plano e no mesmo sentido do movimento.
      (D) Horizontal e no mesmo sentido do movimento.
      (E) Vertical e sentido para cima. 

10) Sobre força de atrito estático é possível, afirmar que:

      (A) possui sempre um valor fixo.

      (B) seu valor máximo é proporcional à força normal.

      (C) é maior que a força de atrito cinético.

      (D) é menor que a força de atrito cinético.

 

11) Um garoto lança uma bola de ping pong do alto de um prédio, pode-se dizer que:

      (A) a bola mantém velocidade constante em todo tempo da queda e a força da resistência do ar não se relaciona com a força peso sobre a bola.

       (B) a força da resistência do ar permanece maior que a força peso em toda a queda e não há mudança de velocidade da bola.

       (C) a força da resistência do ar permanece menor que a força peso e a velocidade da queda aumenta ao passar do tempo.

        (D) quando o valor da força de resistência ar sobre a bola durante a queda atinge o seu peso, a velocidade para de aumentar e se mantém constante.

 

12) Se a força resultante sobre uma gota de chuva é nula, podemos dizer que:

      (A) a força peso sobre ela é maior que a resistência do ar.

      (B) a força peso sobre ela é menor que a resistência do ar.

      (C) a força peso sobre ela é igual a resistência do ar.

      (D) não sofre ação da gravidade.

13) Na queda de uma pessoa com paraquedas, atinge-se a velocidade limite ou terminal que é mantida constante, quando:

      (A) o valor da força de resistência do ar é o dobro do peso do conjunto.

      (B) o valor da força de resistência do ar é três vezes menor do peso conjunto.

      (C) o valor da força de resistência do ar é metade do peso do conjunto.

      (D) o valor da força de resistência do ar atinge peso do conjunto.

Exercício Resolvido:

Um armário de 60kg é empurrado para a direita por uma força horizontal de módulo F = 100N, em uma superfície com atrito. Sabendo que ele continua parado e que g = 9,8 N/kg e o coeficiente de atrito estático entre o armário e o chão é de 0,6.

a) Descreva as forças que atuam sobre o armário:

b) Qual é o valor da força normal?

Como a superfície é horizontal, a força normal é igual em módulo em à força peso:

N = P = m∙g = 60 x 9,8 = 588 N.

 

c) Qual o valor da força de atrito?

Como o armário continua parado aplicando a força, então a força de atrito será igual à força aplicada:

F_at = 100 N.

 

d) Até que valor da força F o armário pode ser empurrado sem que se mova?

Calcula-se assim o atrito estático máximo:

F_at (e)_max = μ_e ⋅ N =0,6 x 588 = 352,8 N

Logo, o armário se moverá aplicando uma força maior que 352,8 N.

 

e) Supondo que o armário sofra agora uma força F = 420N. Se 0,5 for o coeficiente de atrito cinético entre o armário e o chão, qual é o módulo da força de atrito cinético?

Fazendo F_at (c) = μ_c ⋅ N =0,5 x 588 = 294 N.

 

f) Qual a força resultante entre a força aplicada e a de atrito cinético?

Fazendo F_R = F – F_at (c) = 420 – 294 = 126 N.

Trabalho Google:

 1) Um carroceiro ordena (com uma vara) que o burro puxe a carroça. Ele nem se mexe, dizendo:

"Não adianta; se eu fizer uma força na carroça, por maior que seja, ela fará sobre mim uma força igual e oposta, e nós não conseguimos nos mover”
No entanto, a experiência mostra que isso não é verdade: burro e carroça movem-se no mesmo sentido. Explique. 

2) A resultante  das forças que atuam sobre um corpo é nula. Você pode afirmar que ele está parado? Por quê?

 3) Considere o mesmo caminhão, com mesma velocidade e a mesma força aplicada pelo sistema de freios. Em que condições ele percorre uma distância maior durante a frenagem: carregado ou descarregado? Explique. 

 4) Um corpo está sobre um plano horizontal sem atrito. Qual a menor força capaz de desloca-lo? Explique.

 5) Quando um ônibus, inicialmente parado, dá uma arrancada, um passageiro, que estava em pé sem se segurar perde o equilíbrio e cai. Explique a razão desse desequilíbrio.

Aprofunde-se: