Calculadora de Força

Uma calculadora de força é uma ferramenta fácil de usar que ajuda a encontrar a variável ausente em uma fórmula de força física F = ma. Nesta equação de força, F é a força, m é a massa do objeto, e a é sua aceleração.

A calculadora de força determina a força necessária para acelerar um objeto. Esta equação é conhecida como a segunda lei de movimento de Newton e é um princípio fundamental da física.

A equação de força F = ma afirma que a força é igual ao produto da massa e da aceleração de um objeto.

Você pode usá-la em qualquer variação. Conhecendo a massa e a aceleração, você pode calcular a força (F = ma). Se você conhecer a massa e a força, você pode calcular a aceleração (a = F/m). Finalmente, você tem informações sobre a aceleração e a força. Nesse caso, você pode inserir as variáveis que conhece e calcular a massa do objeto (m = F/a).

Para usar a calculadora de força, insira os valores das duas variáveis, e a calculadora encontrará o valor da terceira variável.

A calculadora de força de Newton usa as medidas de massa, aceleração e força mais populares. Você provavelmente encontrará entre elas as que você precisa.

Aplicações da Calculadora de Força

Primeiro, a calculadora de força de aceleração em massa ajuda estudantes, professores e profissionais que precisam calcular a força com rapidez e precisão para resolver problemas na escola ou no trabalho.

Os engenheiros podem usar a calculadora f = ma para determinar a força necessária para mover uma carga ou para calcular a força que atua em uma máquina. Tais informações são essenciais no planejamento e na construção de pontes, edifícios e aparelhos.

Os cientistas podem usar a calculadora da segunda lei de Newton para descobrir como líquidos e gases se comportam e como a gravidade afeta as coisas no espaço.

Os físicos podem usar a calculadora para realizar cálculos relacionados à energia e à termodinâmica. Eles podem calcular o potencial e a energia cinética de um objeto.

As Leis de Newton

Isaac Newton fez contribuições monumentais para o campo da mecânica clássica através de sua formulação das três leis do movimento. Sua obra mais renomada, "Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica", comumente conhecida como Principia, foi publicada pela primeira vez em 1687. Neste tratado inovador, Newton estabeleceu as bases para a mecânica clássica, introduzindo suas leis do movimento e a lei da gravitação universal.

No Principia, Newton construiu sobre as percepções de seus predecessores, como Galileu e Kepler, enquanto introduzia conceitos revolucionários que mudariam fundamentalmente a compreensão dos fenômenos físicos. Uma de suas principais contribuições, conhecida como a primeira lei de Newton ou a lei da inércia, afirma que um objeto em repouso permanecerá em repouso e um objeto em movimento permanecerá em movimento a uma velocidade constante em linha reta, a menos que seja atuado por uma força externa. Este princípio é universalmente aplicável, seja na Terra ou no espaço. Na Terra, forças externas como a fricção e a resistência do ar frequentemente desempenham um papel significativo, mas a lei em si é universalmente aplicável.

Vamos dar uma breve formulação das três leis e depois dar uma olhada mais de perto na segunda lei usada em nossa calculadora on-line.

A Primeira Lei de Newton

Um corpo permanece em repouso, ou em movimento a uma velocidade constante em linha reta, a menos que seja agido por uma força.

A primeira lei de Newton também é chamada de lei da inércia. Uma simples ilustração disto seria um disco de hóquei sobre um lago congelado. Se o disco estiver em repouso, ele permanecerá em repouso até que uma força, como um bastão de hóquei, o empurre. Se o disco estiver em movimento, ele continuará a se mover em linha reta através do gelo, até que uma força como o atrito do gelo ou uma colisão com outro disco faça com que ele mude de direção ou velocidade.

A Segunda Lei de Newton

Quando um corpo é agido por uma força, o tempo de mudança de seu impulso é igual à força.

Podemos observar frequentemente os efeitos da segunda lei de Newton na vida. Uma maneira de visualizar isto é através da ilustração de uma pessoa empurrando uma caixa pesada pelo chão. Se a pessoa aplica uma pequena força à caixa, a caixa pode não se mover de forma alguma, ou pode se mover muito lentamente. Entretanto, se a pessoa aplicar uma força maior à caixa, ela irá acelerar (mover-se mais rápido) pelo chão. Além disso, se a caixa for maior, será mais difícil acelerá-la e exigirá mais força para movê-la.

A Terceira Lei de Newton

Se dois corpos exercem forças um sobre o outro, estas forças têm a mesma magnitude, mas em direções opostas.

Imagine duas pessoas empurrando uma contra a outra. Se uma pessoa empurra com mais força, a outra pessoa empurrará para trás com uma força igual. Este é o princípio por trás de como os motores de foguete funcionam; os gases quentes expelidos pela parte de trás do foguete criam uma força de reação que impulsiona o foguete para frente.

A Segunda Lei de Newton em Detalhes

Com a descoberta da segunda lei de Newton, seu nome passou a ser associado ao conceito físico de força. E a própria segunda lei é intimamente relacionada com os conceitos de força, velocidade, aceleração e massa.

O que é uma força na física? Força é uma quantidade física que deve ter uma direção (vetor), e é uma medida de atividade sobre o corpo. A letra F significa força.

Você pode medir a magnitude da força, por exemplo, usando um dispositivo especial - um dinamômetro. Geralmente consiste de uma mola conectada a um ponteiro de seta. Se a mola for esticada, a seta se desviará, mostrando a característica quantitativa da força F.

A forma como a velocidade muda com o tempo é chamada de aceleração (normalmente é denotada pela letra a). Na prática, na vida real, todos os corpos se movem com aceleração. Se a velocidade aumenta ou diminui uniformemente, então tal movimento é chamado de aceleração de equilíbrio.

Esta fórmula pode calcular a aceleração:

a = (V - V₀) / t

Onde a é a aceleração, V é a velocidade no momento final, V₀ é a velocidade no momento inicial e t é o tempo durante o qual esta aceleração ocorreu.

Um exemplo de movimento com aceleração seria qualquer pessoa ou qualquer coisa caindo. Ela cairá com a mesma aceleração causada pela gravidade da Terra.

E finalmente, a característica do movimento de qualquer corpo é afetada por sua massa, que é comumente denotada pela letra m. Na física, a massa é muitas vezes uma medida da inércia de um corpo. Ou seja, quanto maior a massa de um corpo, mais difícil é movê-lo. No entanto, depois de movê-la, também é mais difícil pará-la.

A segunda lei descreve o que acontece com um corpo físico sob a influência de forças externas. Esta lei diz que quanto maior a soma das forças externas aplicadas ao corpo, maior é a aceleração do corpo.

A primeira lei de Newton uma vez tentou explicar como a mecânica celestial funciona, como os planetas se movem continuamente ao redor do Sol. Em contraste, a segunda lei é mais realista a este respeito. Ela explica o movimento dos corpos aqui na Terra. A segunda lei é frequentemente usada para descrever o movimento de objetos na vida cotidiana, como o movimento de um carro em uma estrada ou o movimento de uma bola jogada no ar.

É a lei fundamental da dinâmica, assim como a lei fundamental da natureza física.

Existem várias definições clássicas da segunda lei de Newton. A primeira diz que a força que atua sobre um corpo é igual ao produto da massa do corpo vezes a aceleração conferida pela força.

A segunda definição não vem da força, mas da aceleração; ela afirma que a aceleração de um corpo é diretamente proporcional à força aplicada a ele e inversamente proporcional à sua massa.

Fórmulas da Segunda Lei de Newton

A clássica equação de força representa a primeira definição que lhe demos:

F = ma

F é a força que atua sobre o corpo, m é sua massa e a é a aceleração.

Para a segunda definição, a equação seria a seguinte:

a = F/m

Quanto maior a força atuando sobre o corpo, maior a aceleração do mesmo. Quanto maior for a massa do corpo, menor será sua aceleração.

É suficiente conhecer a magnitude e a direção de todas as forças que atuam em um sistema mecânico e a massa dos corpos materiais dos quais é composto. É possível calcular seu comportamento no tempo com total precisão.

A segunda lei está intimamente relacionada ao conceito de inércia, que é a tendência de um objeto a resistir a mudanças em seu movimento. De acordo com a segunda lei, quanto maior a massa de um objeto, maior a força necessária para acelerá-lo e maior sua inércia.

Os Exemplos da Segunda Lei de Newton

Um bom exemplo é acertar uma bola. Quando chutamos uma bola, aplicamos uma força que define sua direção e aceleração. Quanto mais forte o impacto, mais rápido a bola irá voar.

Empurrar um carrinho de compras em um supermercado. Tente empurrar um carrinho de compras vazio e carregado. No segundo caso, seria necessária uma força muito maior para dar ao carrinho a mesma aceleração que no primeiro caso. Este é um excelente exemplo para demonstrar como o peso afeta a regularidade Newtoniana.

Um jogo de golfe ou beisebol é um bom exemplo da lei de Newton em ação. Pegue um taco de beisebol e uma bola. Suponha que você acerta a bola com o taco e o impacto é mais forte que todas as outras forças. Nesse caso, a bola adquirirá uma aceleração igual à relação entre as forças resultantes e sua massa.

Exemplos de Cálculo

Vamos ver alguns cálculos que podem ser feitos com nossa calculadora de força. Para medir a força, tomaremos a fórmula padrão de força F = ma.

Para calcular a massa, tomaremos sua variante: m = F/a. E, portanto, para determinar a aceleração, usaremos a fórmula a = F / m.

Cálculo da Força

Um carro com uma massa de 2 toneladas aumentou sua velocidade de 10 m/s para 16 m/s durante 5 minutos (300 segundos). Determine a força que transmite a aceleração.

Primeiro, determine a aceleração pela fórmula

a = (V - V₀) / t

a = (V - V₀) / t = (16 - 10) / 300 = 0,02 = m/s²

Agora sabemos a aceleração do carro, ou seja, 0,02 = m/s². Conhecemos a massa: 2000 quilos. Portanto, podemos substituir os dados que temos na equação pela força e calcular a força:

F = ma = 2000 × 0,02 = 40 Newtons

Portanto, a força que dá a aceleração é igual a 40 Newtons.

Cálculo da Aceleração

Que aceleração desenvolverá uma pedra de 2 kg se lhe for aplicada uma força igual a 20 Newtons?

Neste problema, conhecemos a massa e a força. Portanto, podemos substituir duas variáveis conhecidas na fórmula e calcular a aceleração:

a = F / m = 20 / 2 = 10 m/s²

Como resultado, descobrimos que a pedra vai desenvolver uma aceleração de 10 m/s².

Cálculo da Massa

Um guindaste de construção aplica uma força de 1000 Newtons para levantar um bloco de concreto, e o bloco tem uma aceleração de 0,5 m/s². Para calcular a massa do bloco, podemos usar a fórmula:

m = F / a

Substituímos na fórmula os dados que temos e a força e aceleração, e obtemos:

m = F / a = 1000 / 0,5 = 2000 kg

Portanto, a massa do bloco é igual a 2000 kg.

Conclusão

A calculadora de força é uma ferramenta valiosa para qualquer pessoa que estude Física ou trabalhe em Física e Engenharia. É uma calculadora simples e eficiente para resolver problemas envolvendo força, massa e aceleração que se baseia na segunda lei de movimento de Newton.

A segunda lei de movimento de Newton é a base da mecânica clássica. Ela serve como base para o desenvolvimento de foguetes e outros veículos, o estudo da dinâmica de fluidos e a análise de estruturas e materiais.

Com a calculadora de força, você pode facilmente encontrar a variável ausente na equação F = ma e usá-la para resolver problemas em vários campos. Seja você um estudante, professor de física, engenheiro ou cientista, esta calculadora de força tornará seus cálculos mais precisos e eficientes.