Principal diferença - forças balanceadas vs. forças desequilibradas

Quando pensamos em forças agindo sobre um corpo, as forças podem ser equilibrado ou desequilibrado. A principal diferença entre forças equilibradas e desequilibradas é que quando as forças estão equilibradas, a força resultante no corpo é 0, enquanto a força resultante atuando em um corpo não é 0 se as forças são desequilibradas.

O que são forças equilibradas

As forças agindo em um corpo são equilibradas se sua soma vetorial for 0, ou seja, não há força resultante atuando no corpo. De acordo com as leis do movimento de Newton, então, o corpo não acelera. Isso significa que se o corpo estiver em repouso, ele continuará em repouso e se o corpo estiver em movimento, ele continuará a se mover na mesma velocidade em linha reta. Se o corpo se move na mesma velocidade, mas não em linha reta, então as forças no corpo não estão equilibradas e o corpo está acelerando.

Forças equilibradas - exemplos

Vamos dar um exemplo simples. Os cães no diagrama abaixo estão puxando um pedaço de pano. Suponha que ambos os cães estejam puxando o tecido com uma força de 50 N em direções opostas, as duas forças se cancelariam e a resultante ou a força resultante seria 0. Aqui, as forças estão equilibradas e o tecido não se moveria.

Força Equilibrada_ Cães brincando de cabo de guerra

Pense em uma caneca sobre a mesa. O fato de a caneca não se mover não significa necessariamente que não haja forças agindo sobre ela. Sempre há gravidade atuando na caneca, tentando puxá-la para baixo (aqui assumimos que estamos falando de uma caneca na Terra!), Porém a gravidade é anulada por uma força de reação para cima exercida pela mesa na caneca. Em outras palavras, as forças estão equilibradas e é por isso que a caneca não se move.

Forças Coplanares

Vejamos um exemplo em que um corpo é puxado por 3 forças coplanares (ou seja, todas agem ao longo do mesmo plano). Se o corpo continuar em repouso, sabemos que as forças nele estão equilibradas. No diagrama abaixo, temos duas forças

e

agindo em ângulos retos entre si e uma terceira força

agindo em um ângulo

para a vertical. Se eles estiverem equilibrados, podemos estabelecer uma relação entre as duas forças

e

e o ângulo

.

Primeiro, tomando as forças verticalmente,

.

Horizontalmente, temos

.

Dividindo a primeira equação pela primeira, obtemos,

Se três forças coplanares estão equilibradas e fazem ângulos diferentes entre si, simplesmente encontre os componentes de cada força ao longo de duas direções perpendiculares. Então, a soma vetorial dos componentes ao longo de cada direção deve ser 0.

O que são forças desequilibradas

Quando dizemos que as forças em um corpo são desequilibradas, queremos dizer que existe uma força resultante resultante. Como de costume, encontramos a força resultante encontrando a soma vetorial das forças. Para indicar que estamos tomando a soma ou resultante das forças, escrevemos

Como

.

De acordo com a segunda lei de Newton, se uma força resultante de

age em um corpo com massa

, então o corpo sofreria uma aceleração de

na direção da força resultante. Vamos pegar outro cabo de guerra como exemplo: desta vez entre um humano e um cachorro:

Cabo de guerra: cão vs. humano

Na foto, as forças parecem equilibradas. Porém, imagine o que aconteceria se o cão puxasse o pano com uma força de 60 N enquanto a mulher o puxasse com uma força de 60,25 N na direção oposta. Agora, haverá uma força desequilibrada de 0,25 N na direção da mulher. Se a massa da camisa for 3 g, então a aceleração da camisa em direção à mulher seria:

Diferença entre forças equilibradas e desequilibradas

Força resultante

Para forças equilibradas, a força resultante é 0.

Para forças desequilibradas, a força resultante não é 0.

Aceleração

Forças equilibradas não causa aceleração.

Forças desequilibradas causar aceleração.

Imagem Cortesia

“Tug of War” de PROgarlandcannon (Obra própria) [CC BY-SA 2.0], via flickr

“Cabo de guerra” de PROCary Bass-Deschenes (Trabalho próprio) [CC BY-SA 2.0], via flickr (Modificado)