Como Encontrar a Força Resultante

A força resultante é a quantidade de força que age sobre um objeto levando em conta sua magnitude e direção. ^{[1]XFonte de pesquisa} Um objeto com uma força resultante igual a zero está em repouso. Uma força sem equilíbrio, ou uma força resultante de intensidade maior ou menor do que zero, resulta na aceleração do objeto. ^{[2]XFonte de pesquisa} Após calcular ou medir a magnitude de uma força, encontrar a força resultante é bastante simples. Para facilitar o processo, monte um diagrama simples e identifique todas as forças e suas devidas direções.

Parte 1

Parte 1 de 2:

Identificando a força resultante

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Desenhe um diagrama de corpo livre. Um diagrama de corpo livre é o esboço de um objeto que ilustra todas as forças agindo sobre ele, bem como suas direções. Entenda o problema e desenhe um simples esboço do objeto em questão juntamente com setas representando as forças que estão agindo sobre ele. ^{[3]XFonte de pesquisa}
- Por exemplo: calcule a força resultante de um objeto de peso igual a 20 N sobre uma mesa que é empurrado para a direita com uma força de 5 N, mas que fica parado por causa da força de atrito de 5 N.
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Defina as direções positivas e negativas das forças. O padrão é usar setas para cima ou para a direita para representar forças positivas e setas para baixo ou para a esquerda para representar forças negativas. Lembre-se de que é possível ter múltiplas forças trabalhando na mesma direção. As forças opostas vão ter sinais diferentes (um positivo e um negativo). ^{[4]XFonte de pesquisa}
- Se estiver trabalhando com um diagrama com múltiplas forças, lembre-se de manter a consistência das direções.
- Marque a magnitude de cada força com sinais de "+" ou "-" com base na direção das setas desenhadas no diagrama.
- Por exemplo: a força da gravidade é uma força descendente, portanto ela é negativa. A força normal é ascendente, portanto ela é positiva. A força de impulsão é voltada para a direita (positiva), enquanto que a força de atrito age na direção oposta, ou seja, para a esquerda (negativa).
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Identifique todas as forças. Lembre-se de identificar corretamente todas as forças que estiverem agindo sobre o objeto. Quando o objeto estiver em repouso sobre uma superfície, existe a força da gravidade (F_g) e uma força equivalente na direção oposta chamada de força normal (F_n). Além dessas duas forças, identifique também aquelas dadas pelo enunciado do problema. Anote a magnitude de cada força em Newtons ao lado de sua identificação. ^{[5]XFonte de pesquisa}
- Uma forma padrão de identificar as forças é com a letra "F" maiúscula e o subscrito da primeira letra do seu nome. Por exemplo, se houver a força de atrito, identifique-a como F_a.
- Força da gravidade: F_g = -20 N
- Força normal: F_n = +20 N
- Força de atrito: F_a = -5 N
- Força de impulsão: F_i = +5 N
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Some a magnitude de todas as forças. Agora que todas elas foram identificadas (em direção e magnitude), você pode somá-las. Escreva a fórmula para a força resultante (F_res), onde (F_res) equivale à soma de todas as forças que agem sobre um determinado objeto. ^{[6]XFonte de pesquisa}
- Por exemplo: F_res = F_g + F_n + F_a + F_i = -20 + 20 -5 + 5 = 0 N. Como a força resultante equivale a 0 N, o objeto está em repouso.
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Parte 2

Parte 2 de 2:

Calculando a força diagonal

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Esboce a força diagonal. Quando existe uma força diagonal agindo sobre um objeto, é preciso encontrar os componentes horizontal (F_x) e vertical (F_y) das forças para encontrar suas magnitudes. Você vai precisar usar trigonometria e o ângulo direcional (geralmente o θ "teta"). O ângulo direcional θ é sempre medido em sentido anti-horário a partir do eixo positivo x. ^{[7]XFonte de pesquisa}
- Desenhe o diagrama de força incluindo o ângulo diagonal.
- Esboce cada seta na direção correta na qual a força está agindo e identifique a magnitude.
- Por exemplo: monte um diagrama de um objeto com peso 10 N experimentando uma força de 25 N para cima e para a direita a um ângulo de 45º. Também existe a força de atrito de 10 N para a esquerda.
- Forças inclusas: F_g = -10 N, F_n = + 10 N, F_i = 25 N, F_a = -10 N.
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Calcule F_x e F_y usando as três razões trigonométricas básicas (seno, cosseno e tangente). Usando a força diagonal (F) como hipotenusa de um triângulo retângulo e F_x e F_y como as laterais do triângulo retângulo, você pode calcular cada uma das forças. ^{[8]XFonte de pesquisa}
- Lembre-se: cosseno (θ) = ângulo adjacente/hipotenusa. F_x = cos θ * F = cos(45°) * 25 = 17,68 N.
- Lembre-se: seno (θ) = ângulo oposto/hipotenusa. F_y = sin θ * F = sin(45°) * 25 = 17,68 N.
- Observe que pode haver múltiplas forças diagonais agindo sobre um objeto ao mesmo tempo, então você vai precisar encontrar F_x e F_y para cada força do problema. Sendo assim, some os valores de F_x para obter a força total da direção horizontal e some os valores de F_y para obter o total das forças verticais.
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Desenhe o diagrama de força novamente. Agora que calculou os componentes individuais horizontal e vertical da força diagonal, você pode esboçar um novo diagrama de força para representá-los. Apague a força diagonal e desenhe as setas para as magnitudes individuais horizontal e vertical.
- Por exemplo, em vez de uma só força diagonal, o diagrama agora vai ter uma força vertical apontando para cima com uma magnitude de 17,68 N e uma força horizontal apontando para a direita com uma magnitude também de 17,68 N.
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Some as forças das direções x e y. Após desenhar o novo diagrama de força, calcule a força resultante (F_res) somando todas as forças horizontais e todas as forças verticais. Lembre-se de manter as direções dos vetores consistentes durante o problema inteiro.
- Por exemplo: os vetores horizontais são todas as forças do eixo x: F_resx = 17,68 – 10 = 7,68 N.
- Os vetores verticais são todas as forças do eixo y: F_resy = 17,68 + 10 - 10 = 17,68 N.
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Calcule a magnitude do vetor da força resultante. Neste ponto, você tem duas forças: uma na direção x e outra na direção y. A magnitude do vetor força é a hipotenusa do triângulo formado por esses dois vetores. Basta usar o Teorema de Pitágoras para calcular a hipotenusa: F_res = √ (F_resx² + F_resy²). ^{[9]XFonte de pesquisa}
- Por exemplo: F_resx = 7,68 N e F_resy = 17,68 N
- Substitua os valores. F_res = √ (F_resx² + F_resy²) = √ (7,68² + 17,68²)
- Resolva a conta: F_res = √ (7,68² + 17,68²) = √(58,98 + 35,36) = √94,34 = 9,71 N.
- A magnitude da força é de 9,71 N na direção diagonal superior direita.
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