Introdução à Física/Estática

A estática é a parte da física que estuda sistemas sob ação de forças que se equilibram.

De acordo com a segunda lei de Newton, a aceleração destes sistemas é nula.

De acordo com a primeira lei de Newton, todas as partes de um sistema em equilíbrio também estão em equilíbrio. Este facto permite determinar as forças internas de um corpo a partir do valor das forças externas.

De acordo com a terceira lei de Newton, as forças entre dois corpos tem mesmo módulo e direções contrárias. Este facto permite isolar partes do sistema, e verificar as forças internas do sistema, tratando-as como forças entre dois corpos.

Estática

• Equilíbrio: $F_r = 0$
• $F_r$ no mesmo sentido e direção: $F_r = F_1 + F_2$
• $F_r$ mesmo sentido e direção opostas: $F_r = F_1 - F_2$
• Forças perpendiculares: $F_r^2 = F_1^2 +F_2^2$
• Decomposição de forças: $F_x = F \cdot \cos \theta \cdot F_y = F \cdot \sin \theta$

Exemplo: the book is on the table

Na figura acima, temos um livro de massa m colocado sobre uma mesa.

Como estamos na Terra, a gravidade está atraindo este livro, então sobre ele existe uma força de módulo mg apontando para baixo.

Para este corpo estar em equilíbrio, precisamos que a soma (vetorial) de todas as forças sobre ele sejam zero. Assim, é necessário que a mesa exerça sobre ele outra força, igual em módulo mas de sentido contrário, ou seja, a força F_n.

Finalmente, pela terceira Lei de Newton, o livro exerce sobre a mesa a força F'_n, igual (vetorialmente) ao seu peso mg. A análise terminou aqui, mas, se fossemos analisar o equilíbrio da mesa, seria necessário entrar com seu peso, e com a força que o solo exerce sobre ela.

Exemplo: corpo em um plano inclinado

Na figura acima, temos um corpo colocado em um plano inclinado. Naturalmente, temos duas forças sendo exercidas sobre ele:

• Seu peso W = m g, representado vetorialmente como uma seta para baixo
• A normal da força exercida pelo plano, N, representada vetorialmente como uma seta inclinada para cima e para a esquerda (do observador).

Pela primeira Lei de Newton, para este corpo estar em repouso é necessário que a soma (vetorial) das forças seja zero. Assim, é necessário invocar uma terceira força, F, representada como uma seta para cima e para a direita (do observador).

Esta força não surge do nada: ela é chamada de força de atrito, e também é uma força exercida pelo plano inclinado sobre o corpo.