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Força de tração: veja fórmulas e como calcular
Física - Manual do Enem
Índice
Introdução
Pela terceira lei de Newton, um objeto que exerce força sobre outro objeto também terá uma força exercida sobre ele de mesmo módulo. Essas forças exercidas recebem nomes diferentes, dependendo dos objetos em questão. Chamamos de força de tração no caso em que o objeto é uma corda ou um cabo.
Em resumo, a força de tração é a força exercida ao puxar algo ao longo de uma linha reta, geralmente aplicada por meio de cabos, cordas ou correntes. Atua no sentido de esticar o objeto ao qual é aplicada, podendo alterar seu estado de movimento ou forma. Exemplo prático: a tração em um cabo de reboque puxando um carro. A magnitude da força de tração é medida em Newtons (N) e depende de fatores como o peso do objeto sendo puxado e a aceleração aplicada.
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O que é a força da tração?
A força de tração é uma força aplicada para puxar ou arrastar um objeto. Ela atua ao longo da direção do movimento do objeto e é frequentemente contrabalançada por outras forças, como a fricção ou a resistência do ar. Em termos simples, quando você puxa algo, seja com as mãos, seja usando uma corda ou um cabo, você está aplicando uma força de tração.
Esta força é crucial em muitos contextos físicos e engenharias, como na determinação da carga que cabos e cordas podem suportar sem quebrar, no estudo do movimento de veículos, no funcionamento de elevadores e polias, e na análise de estruturas como pontes suspensas.
A força de tração pode ser calculada considerando-se o equilíbrio de forças no sistema em questão, onde a soma de todas as forças atuantes no objeto deve ser igual a zero quando o objeto está em equilíbrio estático, ou igual à massa do objeto vezes sua aceleração, conforme a segunda lei de Newton, quando o objeto está em movimento.
Direção e sentido
A direção da força de tração sempre será ao longo da corda, ou seja, paralela a mesma. A corda tem a única função de “puxar”, e nunca “empurrar”. Portanto, veremos sempre a força apontando para o centro da corda. Se aplicarmos uma força empurrando a corda, por sua flexibilidade ela relaxaria. Por isso sempre teremos a corda “puxando” algo.
Método para calcular a força de tração
Não temos uma fórmula específica para calcular a força de tração, portanto, para isso, precisaremos analisar o sistema de forças e utilizar a segunda lei de Newton.
Para facilitar, vamos seguir o passo a passo abaixo:
- Desenhar todas as forças que estão exercendo no sistema;
- Calcular a aceleração do sistema como um todo, utilizando a resultante das forças que exercem no sistema e a massa, na segunda lei de Newton;
- Utilizando a aceleração do sistema e a massa do objeto em questão, é possível calcular a força de tração.
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Segunda lei de Newton
A segunda lei nos diz que, ao aplicarmos uma força sobre um objeto, geramos uma aceleração que será dependente da sua massa.
A segunda lei é enunciada da seguinte forma:
“A força resultante que atua sobre um corpo é proporcional ao produto da massa pela aceleração por ele adquirida.”
Temos a seguinte fórmula:
\(F=m.a\)
Sendo:
- F o módulo da força resultante;
- m a massa do objeto;
- a a aceleração do objeto;
Exemplos de cálculo da força de tração
Abaixo, seguem alguns exemplos simples de cálculo de tração, envolvendo apenas um bloco, sem roldanas, nem polias.
Corda puxando um bloco em contato com o chão
Esquema de um bloco sendo puxado por uma corda, com um ângulo entre o eixo x e a própria corda.
O primeiro passo para resolver qualquer problema de força de tração é desenhar as forças envolvidas no sistema.
No esquema acima temos a seguinte legenda:
- N é a força normal;
- P é a força peso;
- T é a força de tração;
- Tx é a componente x da força de tração;
- Ty é a componente y da força de tração;
Podemos ver que a força normal e a força peso se anulam.
Vamos utilizar o eixo x para calcular a força de tração:
\(T_{x}=m.a\)
Utilizando a decomposição vetorial:
\(T.\cos (\theta)=M.a\)
E logo temos a seguinte fórmula para esse caso em específico:
\(T=\frac{M.a}{\cos (\theta)}\)
Sendo:
- T o módulo da força de tração;
- M a massa do bloco;
- a a aceleração do bloco;
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Bloco pendurado por uma corda
Esquema de um bloco pendurado por uma corda em um teto.
Vamos começar fazendo o esquema de forças no bloco pendurado, como é mostrado abaixo:
Esquema de forças em um bloco pendurado.
Sendo:
- T a força de tração;
- P a força peso;
Sabemos que o bloco está em repouso, e para que ele esteja em repouso, a força resultante sobre ele precisa ser zero.
Portanto, temos a seguinte relação:
\(T-P=0\)
O sinal negativo aparece pois a força peso aponta para o sentido negativo do eixo y.
\(T=P\)
Sabemos que a força peso do bloco é dada por:
\(P=M.g\)
Sendo:
- P é o módulo da força peso;
- M a massa do bloco;
- g a aceleração da gravidade;
Logo a força de tração é dada pela seguinte fórmula nesse caso específico:
\(T=M.g\)
Fórmulas da Força de Tração
Resumos sobre Força de Tração
A força de tração é uma força aplicada a um objeto quando ele é puxado ou esticado. Ela atua ao longo de uma linha reta na direção do objeto, estendendo-o ou impedindo sua compressão. A força de tração surge devido à interação entre as partículas constituintes do objeto, que se esticam ou deformam quando submetidas a uma tensão.
Em resumo, a força de tração é uma força de puxar ou esticar que atua em um objeto. Ela é gerada pela tensão entre as partículas do objeto e é importante em várias aplicações práticas, desde sistemas de transmissão de energia até projetos de engenharia estrutural.
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Em um experimento, os blocos I e II, de massas iguais a 10 kg e a 6 kg, respectivamente, estão interligados por um fio ideal. Em um primeiro momento, uma força de intensidade \(F\) igual a \(64N\)é aplicada no bloco I, gerando no fio uma tração \(T_{A}\). Em seguida, uma força de mesma intensidade \(F\) é aplicada no bloco II, produzindo a tração \(T_{B}\).
Observe os esquemas:
Desconsiderando os atritos entre os blocos e a superfície \(S\), a razão entre as trações \(\frac{T_{A}}{T_{B}}\) corresponde a: