Exponha o que é
a) força gravitacional (peso);
b) força normal;
c) força de atrito;
d) tensão (em uma corda).

Passo 1

O enunciado pede que eu exponha o que é cada uma das quatro forças indicadas:
a) força gravitacional (peso);
b) força normal;
c) força de atrito;
d) tensão (em uma corda).
Não há outras informações numéricas no enunciado — só a solicitação de definição e explicação de cada força.

Passo 2

Antes de entrar em cada força, vamos relembrar o conceito geral de força, porque isso ajuda a entender todas as definições seguintes. Força é uma interação que, quando aplicada a um corpo, pode alterar o seu estado de movimento (ou seja, causar aceleração) ou deformá-lo. A relação quantitativa mais usada é a segunda lei de Newton, que diz:
\sum \vec{F}=m\vec{a},
onde \sum \vec{F} é a soma vetorial de todas as forças que atuam no corpo, m é a massa do corpo (em \text{kg}) e \vec{a} é a aceleração (em \text{m/s}^2). A unidade de força no SI é o newton, escrito N. Um newton é a força que dá a uma massa de 1\\ \text{kg} a aceleração de 1\\ \text{m/s}^2.
Vou usar esse quadro (força causa aceleração, vetorial, unidades) em todas as explicações abaixo.

Passo 3

Força gravitacional (peso)
Definição conceitual:
  • A força gravitacional é a atração que massas exercem entre si. No contexto da Terra e de um objeto próximo à superfície terrestre, essa força é o que chamamos de peso do objeto — a força com que a Terra puxa o objeto para o centro dela, e sempre aponta para baixo (direção radial para o centro da Terra).
Fórmulas importantes:
  • Lei da gravitação universal (geral, entre duas massas):
F_G = G\frac{m_1 m_2}{r^2},
onde G é a constante gravitacional ( G\approx 6,67\cdot 10^{-11}\\ \text{N}\cdot\text{m}^2/\text{kg}^2), m_1 e m_2 são as massas e r é a distância entre os centros.
  • Aproximação perto da superfície da Terra (o uso mais comum em exercícios): o peso é
\vec{P}=m\vec{g},
onde m é a massa do corpo e \vec{g} é o vetor aceleração da gravidade (módulo próximo de 9,8\\ \text{m/s}^2 e direção vertical para baixo). Em módulos escrevemos P=mg.
Explicação passo a passo:
  1. Se você tem um corpo de massa m, o peso é proporcional a m: duplicando m duplica P.
  2. O peso age sobre o centro de massa do corpo.
  3. Em problemas de mecânica, o peso é uma força conhecida e geralmente é desenhada como uma seta apontando para baixo no diagrama de corpo livre.
Exemplo numérico simples:
  • Para uma massa de 2\\ \text{kg},
P = m g = 2\cdot 9,8 = 19,6\\ \text{N}.
Observações práticas:
  • “Peso” e “massa” são diferentes: massa é uma propriedade do corpo ( \text{kg}), peso é uma força ( N). Em planetas diferentes o g muda, então o peso muda; a massa não.

Passo 4

Força normal
Definição conceitual:
  • A força normal é a força de contato que uma superfície exerce sobre um corpo que está em contato com ela. “Normal” significa perpendicular à superfície no ponto de contato. É uma força de reação da superfície ao peso ou a outras componentes que pressionam a superfície.
Propriedades e como calcular:
  1. A normal ajusta-se para impedir a penetração entre corpo e superfície. Em muitas situações estática, a normal equilibra a componente perpendicular de outras forças.
  2. Em uma superfície horizontal sem outras forças verticais além do peso, a normal tem módulo
N = mg,
porque ela equilibra o peso para que não haja aceleração vertical.
3. Em uma rampa inclinada com ângulo \theta (peguei a configuração mental usual de um bloco sobre rampa), decompomos o peso em componentes perpendiculares e paralelas à rampa:
\text{componente perpendicular: } mg\cos\theta, \qquad \text{componente paralela: } mg\sin\theta.
Então a normal geralmente vale
N = mg\cos\theta.
Exemplo numérico:
  • Para um bloco com m=3\\ \text{kg} sobre uma rampa com \theta=30^\circ, usando \cos 30^\circ = 0,866,
N = mg\cos\theta = 3\cdot 9,8\cdot 0,866 \approx 25,5\\ \text{N}.
Observações:
  • A normal não precisa ser igual ao peso; depende da geometria e de outras forças aplicadas (por exemplo, se houver uma força empurrando para baixo ou para cima).
  • A normal atua sempre no ponto (ou região) de contato e é perpendicular localmente à superfície.

Passo 5

Força de atrito
Definição conceitual:
  • A força de atrito é a força de contato que tende a impedir o deslizamento (ou o início do deslizamento) entre duas superfícies em contato. Ela atua tangencialmente à superfície de contato e tem direção oposta ao movimento (ou à tendência de movimento).
Tipos principais e fórmulas:
  1. Atrito estático: age quando não há deslizamento relativo; ele ajusta-se até um máximo para evitar o movimento. A desigualdade é
F_{s}\le F_{s,\max}=\mu_s N,
onde \mu_s é o coeficiente de atrito estático (adimensional) e N é a força normal. A parte importante é: F_s pode ter qualquer valor até F_{s,\max} conforme necessário para impedir o movimento.
  1. Atrito cinético (ou dinâmico): age quando há deslizamento relativo entre as superfícies. Em muitos modelos simples usamos
F_k=\mu_k N,
onde \mu_k é o coeficiente de atrito cinético ( \mu_k\le\mu_s tipicamente). O atrito cinético tem módulo aproximadamente constante (no modelo simplificado) e direção oposta ao movimento.
Direção:
  • Sempre tangencial à superfície e apontando no sentido que tende a impedir o deslizamento relativo (ou a tendência de deslizamento).
Exemplo numérico:
  • Caixa de m=5\\ \text{kg} sobre plano horizontal com \mu_s=0,5 e \mu_k=0,4. Primeiro N=mg=5\cdot 9,8=49\\ \text{N}.
  • Máximo atrito estático:
F_{s,\max}=\mu_s N = 0,5\cdot 49 = 24,5\\ \text{N}.
  • Atrito cinético:
F_k=\mu_k N = 0,4\cdot 49 = 19,6\\ \text{N}.
Dicas práticas:
  • Ao resolver problemas, verifique se o corpo está em repouso ou em movimento para escolher F_s (com desigualdade) ou F_k (igualdade).
  • Lembre que F_s não é necessariamente igual a \mu_s N; esse valor é o máximo possível antes de começar a deslizar.

Passo 6

Tensão em uma corda
Definição conceitual:
  • Tensão é a força transmitida por uma corda, fio, cabo ou cordame puxado por suas extremidades. É sempre uma força de tração (puxa), nunca de compressão (não empurra). A tensão age ao longo da direção da corda, em cada ponto da corda.
Propriedades e regras úteis:
  1. Direção: a tensão age ao longo da corda, apontando para longe do elemento da corda (ou seja, cada extremidade “puxa” o objeto na direção do fio).
  2. Em uma corda ideal (massa desprezível e inextensível) e com polias sem atrito, a tensão tem o mesmo módulo em toda a corda. Isso é muito usado em exercícios: T é igual em todos os trechos.
  3. Se a corda tiver massa ou a polia tiver atrito, a tensão pode variar ao longo da corda.
  4. Para um corpo preso a uma corda e em equilíbrio vertical, se não há aceleração, a tensão compensa o peso: T=mg. Se há aceleração, aplicamos \sum F = ma na direção vertical. Por exemplo, para um bloco de massa m acelerando para cima com aceleração a,
T - mg = ma \quad\Rightarrow\quad T = m(g+a).
Para aceleração para baixo a (tomando positivo para baixo), a equação ficaria mg - T = ma.
Exemplo numérico simples:
  • Um corpo de 1\\ \text{kg} pendurado em repouso tem T = mg = 1\cdot 9,8 = 9,8\\ \text{N}.
Observações:
  • Ao desenhar o diagrama de forças para um objeto preso a uma corda, coloque a tensão seguindo a linha da corda, saindo do corpo.
  • Nunca suponha automaticamente que T=mg; isso vale apenas em equilíbrio estático sem outras forças verticais.

Passo 7

Como aplicar tudo isso na hora da prova (passos práticos)
  1. Faça sempre um diagrama de corpo livre (FBD): desenhe o corpo isolado e todas as forças atuantes como vetores.
  2. Identifique a direção natural das forças: peso vertical para baixo, normal perpendicular à superfície, atrito tangencial, tensão ao longo da corda.
  3. Escolha eixos convenientes (por exemplo, eixo paralelo e perpendicular à rampa).
  4. Escreva as equações de equilíbrio ou movimento: \sum F_x = m a_x e \sum F_y = m a_y.
  5. Use N para calcular atrito ( F_k=\mu_k N ou F_{s,\max}=\mu_s N) quando for o caso.
  6. Para problemas com cordas ideais e polias sem atrito, trate T como sendo igual em todos os trechos da corda.
  7. Verifique sinais (direções) e unidades (Newton).

Passo 8

Erros comuns para você evitar (dica amiga)
  • Confundir massa com peso. Sempre cheque unidades: \text{kg} vs N.
  • Esquecer que a normal pode mudar com a presença de outras forças (por exemplo, uma força extra aplicada para baixo aumenta N).
  • Colocar a direção do atrito errada: lembre-se de que atrito se opõe ao movimento ou à tendência de movimento.
  • Assumir que tensão é igual a mg sem verificar aceleração.
Você consegue! Desenhe o diagrama e aplique \sum \vec{F}=m\vec{a} calmamente que as questões se resolvem.

Resposta

a) Força gravitacional (peso): \vec{P}=m\vec{g}, é a força com que a Terra (ou outro corpo massivo) atrai o objeto, aponta para o centro do planeta e tem módulo P=mg.
b) Força normal: N, é a força de contato que a superfície exerce sobre o corpo, sempre perpendicular à superfície; em plano horizontal sem outras forças verticais N=mg, em rampa N=mg\cos\theta.
c) Força de atrito: força tangencial de contato que se opõe ao deslizamento ou à sua tendência; atrito estático satisfaz F_s\le \mu_s N (ajusta-se até um máximo) e atrito cinético vale F_k=\mu_k N (quando há deslizamento).
d) Tensão (em uma corda): T, é a força de tração transmitida pela corda, atua ao longo da corda puxando as extremidades; em corda ideal e polias sem atrito o módulo de T é o mesmo ao longo da corda.

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