Efisica

Outras forças

 

Força interatômica

A maior parte das forças com que nos defrontamos no dia-a-dia pode ser entendida a partir da compreensão da estrutura da matéria. Como a matéria é composta por átomos (ou aglomerados deles - as moléculas), essas forças (como a força normal, a força de atrito e a força elástica) têm origem na interação entre os átomos que compõem os materiais.

A força entre dois átomos ou moléculas pode ser entendida a partir do gráfico ao lado, no qual apresentamos a variação da força entre os átomos em função da distância entre eles. Esse é um comportamento típico.

A força interatômica é uma força, ela mesma, derivada da força eletrostática.

Dependendo da distância de separação entre os átomos, podemos prever três situações:

 

DISTÂNCIAS MUITO CURTAS

 

Para distâncias menores do que a na figura, a força entre os átomos é repulsiva.

Quando tentamos aproximar partes da matéria a distâncias extremamente curtas, essas partes se repelirão.

A força normal surge como resultado dessas forças repulsivas da matéria. Essas forças repulsivas são responsáveis pela não-interpenetrabilidade da matéria. Devido a elas torna-se difícil fazer um corpo sólido penetrar em outro corpo sólido.

Numa colisão envolvendo duas bolas de bilhar, o efeito dessas forças se faz sentir claramente. As bolas se aproximam só até um certo ponto; a partir daí elas se repelem violentamente, fazendo com que cada uma saia numa direção diferente.

 

DISTÂNCIAS MÉDIAS

 

Neste caso, a força é estritamente atrativa. Isso explica, por exemplo, a formação dos líquidos. Ao comprimirmos um gás forçamos suas moléculas a se aproximarem. Quando o fazemos, as forças de atração procuram estabelecer um "bloco coeso. Essa matéria mais coesa é o líquido.

Ao tentarmos separar superfícies sólidas vamos testemunhar o efeito da parte atrativa das mesmas. Finalmente, uma outra conseqüência dessa força é o atrito. Ela surge como resultado da atração entre as partes da matéria que ficam em contato.

 

DISTÂNCIAS GRANDES

 

Em distâncias muito grandes (r >> b), as interações são desprezíveis.


Distâncias próximas da posição de equilíbrio - a força elástica

Para uma certa distância, a força entre dois átomos se anula. Essa distância indica a posição de equilíbrio (ponto a). Como se vê no gráfico, próximo da posição de equilíbrio (mais precisamente entre os pontos c e d), os átomos exercem forças entre si muito parecidas com as forças elásticas da mola. Na realidade, essas forças de natureza elástica acabam se refletindo no comportamento da matéria como um todo.

Isso explica o fato de que, ao aproximarmos o nosso pé da bola em alta velocidade, algum tempo depois a bola sai em disparada. O que se observa na prática é que a bola se achata e, como o efeito de uma mola, ao se descomprimir, sai com velocidade, deixando o pé para trás. A "mola" existe por causa das forças interatômicas.


Força sobre objeto imerso num fluido viscoso


Um objeto, ao se movimentar num líquido viscoso, experimenta a ação de uma força que se opõe ao movimento. Essa força tem a característica de depender da velocidade da partícula. Quanto maior a velocidade da partícula tanto maior será a intensidade da força exercida pelo fluido viscoso.

No caso de uma esfera de raio a, Stokes demonstrou que, dentro de uma boa aproximação, podemos escrever em módulo:

onde é o coeficiente de viscosidade do líquido e v, a velocidade da partícula. O sinal negativo indica que o sentido da força é oposto ao sentido da velocidade. A direção da força é a mesma que a da velocidade.

Para objetos com outras formas geométricas, a expressão não é tão simples. Ainda assim, dentro de uma boa aproximação, podemos escrever:

onde b depende da geometria do objeto, da área em contato e do coeficiente de viscosidade do fluido.

O aparecimento dessas forças pode ser ilustrado por meio de dois exemplos muito simples. O primeiro é o caso de uma esfera em movimento num líquido viscoso. Nota-se que uma esfera em queda num líquido se acelera até um certo ponto. A partir de uma certa distância, a esfera tem velocidade constante porque a força viscosa se equilibra com a força peso.

O outro é o movimento de um pára-quedas. O ar é também um fluido. O pára-quedista, a partir de um certo tempo, cai com velocidade constante.

 

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