Tipo de força de $m\vec{a}$
Como existem tipos de forças como Normal, Tensional, Gravitacional, etc. Suponha um bloco de massa $m$ em uma mesa e o homem está empurrando e uma aceleração $\vec{a}$ é produzido.
É $m\vec{a}$realmente uma força? Se sim, diga qual seria o seu tipo?
Respostas
$m\vec a$não é uma força, e esta é uma distinção importante a se notar. É apenas o que diz: o produto da massa e da aceleração, sem referência a nenhuma força.
Essa confusão geralmente surge de um mal-entendido da Segunda Lei de Newton, que relaciona essa quantidade à força. $$\vec F_{\text{net}} = m\vec a$$ Aqui, temos duas quantidades separadas, $\vec F_{\text{net}}$, a soma de todas as forças agindo sobre um objeto, e $m\vec a$, que nos dá algumas informações sobre o movimento do objeto. Assim, a Segunda Lei de Newton não é meramente uma equação que relaciona forças, mas sim uma equação que nos diz como interpretar fisicamente como as forças afetam os objetos.
Já que o objeto de massa $m$ tem uma aceleração de $\vec a$, não concluímos que $m\vec a$ é uma força, mas sim que a força resultante agindo sobre o objeto (ou seja, a força do homem que o empurra mais etc) é igual a $m\vec a$.
Fundamentalmente, existem apenas quatro tipos de forças, a saber, força eletromagnética ; Força gravitacional ; Força forte ; e as forças fracas . As duas últimas forças estão em escalas atômicas e são forças de alcance muito curto e têm influência desprezível em separações longas.
Agora voltando à sua pergunta, todas as forças como Normal, tensão e atrito são devidas a uma dessas quatro forças fundamentais, isto é, principalmente a força eletromagnética ( também influenciada pelo princípio de exclusão de Pauli ).
Quando você está empurrando o bloco, (vamos supor uma superfície sem fricção para simplificar) os átomos da sua mão se aproximam dos átomos do bloco e, devido às nuvens de elétrons ao redor do núcleo, uma rede de força repulsiva atua nos elétrons do bloco bem como de sua mão. Essa força repulsiva é o que faz com que o bloqueio acelere.
então $ma$ não é uma nova força.
Da segunda lei do movimento de Newton
$F_{net}$$ = ma$
A força normal no bloco é o que serve aqui como o $F_{net}$ da equação (supondo que não haja atrito pela mesa no bloco). $F_{net}$não é uma nova força. Ele apenas representa a soma vetorial de todas as forças que atuam sobre ele. Mas a origem de todas as forças ainda são as quatro forças fundamentais acima mencionadas.
Espero que ajude ☺️.
então $m\vec a$não é uma força. Existe uma diferença sutil.
Uma força é definida como uma disposição para acelerar, não uma aceleração em si. Esta é uma palavra extravagante que significa apenas "se nada mais intervir, então a coisa acelera". Além disso, é realmente ponderado por este parâmetro de quantidade de coisas$m$ que diz "se a mesma disposição for aplicada a duas vezes a coisa, e nada mais intervir, então a coisa acelera a metade."
Alguns contra-exemplos
Mas, por exemplo, às vezes as coisas estão em um estado de equilíbrio de forças . A gravidade está puxando para baixo em mim, mas minha cadeira está puxando para cima e, como resultado, não estou acelerando . Mas as forças ainda estão lá. A gravidade ainda me predispõe a querer descer e a força da cadeira ainda me predispõe a querer subir, só que por acaso eles estão perfeitamente equilibrados um contra o outro, então eu não faço nada. (Devo fazer uma pausa para dizer que isso não tem nada a ver diretamente com a terceira lei de Newton. Muitos recém-chegados cometem o erro de confundir o equilíbrio de forças com a terceira lei, eles também são diferentes.)
Uma coisa realmente inteligente sobre essa definição de forças é que, se você imaginar alguém passando por mim em um trem, talvez eles estejam fazendo malabarismo com bolas no trem, vejo todas essas bolas passarem por mim com uma grande velocidade de cerca de 90 km / hr ou quão rápido o trem está indo: mas nós dois concordamos sobre qualquer mudança na velocidade das bolas, e nossos relógios concordam sobre a duração de um segundo (até chegarmos à relatividade, mas vamos ignorar isso), então nós dois concordamos sobre quaisquer acelerações que vemos, portanto, ambos concordamos com as forças que vemos nas bolas, embora discordemos sobre o momento real e a energia que as bolas carregam. Muito conveniente!
E como às vezes as forças não estão equilibradas, e você vê uma aceleração em alguma direção. Pode não haver nenhuma força realmente apontada nessa direção ! Assim, por exemplo, os veleiros podem navegar contra o vento coordenando habilmente o vento (que obviamente empurra para longe do vento) com uma vela e um leme e uma placa-mãe ancorada na água, que empurra em alguma direção completamente diferente. Você soma essas forças totalmente diferentes em direções totalmente diferentes e obtém uma "força líquida", e uma aceleração resultante, em uma direção totalmente diferente de qualquer uma delas. Eu não posso dizer que tal$m \vec a$é uma força porque não há nenhuma força apontada na direção apropriada. Mas é a soma vetorial das forças no barco.
Existem tipos de forças?
Além disso, você está perguntando se existem tipos substancialmente diferentes de forças, e a resposta é "não no nível que você gostaria: mas existem razões substancialmente diferentes pelas quais nos importamos com as forças, e rotulamos essas forças pelos motivos pelos quais nos importamos sobre eles." Então, por exemplo, o que você está chamando de “força normal” é causado pelo fato de que minha cadeira (e o chão abaixo dela e o planeta abaixo dela) ainda não quebrou, então eu não posso cair através dela. É o que chamamos de força de restrição , é criada por uma restrição nos movimentos do sistema. Nós a chamamos de “força normal” para que você saiba que é a força que é normal (palavra antiga e extravagante que significa “ortogonal a” ou “perpendicular a”) às restrições do sistema. Mas, em última análise, é causada pela repulsão eletromagnética e de Pauli entre nuvens de elétrons de átomos, então, se estivéssemos classificando por tipo , teríamos chamado de "força quântica de repulsão de Pauli entre nuvens de elétrons porque os elétrons não podem estar no mesmo estado que uns aos outros ”. Mas não o classificamos dessa forma, nós o classificamos por algum sentido de por que nos importamos com ele, o que está fazendo em nossas equações: está me impedindo de cair do chão, está reforçando uma restrição que eu não acho que vai acontecer na física deste sistema. Da mesma forma, uma força de tensão está expressando que há uma coisa elástica que foi esticada além de seu comprimento de equilíbrio e deseja retornar ao seu comprimento de equilíbrio: esse não é o tipo subjacente que é novamente uma "força eletromagnética de átomos puxando átomos próximos , mais provavelmente uma força entrópica de longas moléculas fibrosas sendo forçadas a se endireitarem, mas termicamente elas realmente querem voltar a estar em rabiscos complicados ”. Mas nós a chamamos de “tensão” porque nós não nos importamos porque a corda ou primavera quer voltar ao seu comprimento de equilíbrio, é suficiente que ele faz querer, e essa é a razão por que se preocupam com isso.
$m\vec a$não é uma força. É a soma de todas as forças:
$$\sum \vec F=m\vec a$$
Ao empurrar o objeto na mesa lateralmente, existem pelo menos três forças agindo sobre ele:
- Seu peso / força gravitacional ,
- a força normal segurando-o, e
- sua força empurrando .
É possível que alguns deles se cancelem, o que seria o caso se você empurrasse o objeto lateralmente sobre uma superfície horizontal. Também é possível que mais forças, como o atrito cinético como uma próxima escolha óbvia, estejam envolvidas.
Não existe necessariamente um nome convencional dedicado para todas as forças - ou seja, não existe um nome universal para uma força impulsora aleatória como aqui. Podemos simplesmente escolher chamá-la de "força impulsora", se quisermos. **
** É claro que existe devido à repulsão eletromagnética dos átomos que constituem as pontas dos seus dedos - mas acho que esse não é o nível que você deseja perguntar.
Veja a Segunda Lei de Newton pode ser declarada como: $$\sum \vec{F} =m \vec{a}$$ No caso do bloqueio, o 'tipo' de força que o homem aplica no bloqueio é denominado força normal e é definida como a força que impede que dois corpos ocupem o mesmo lugar. Portanto, vamos representar a Força Normal no bloco como N. Então: $$N=ma$$
Observe aqui que a força é N, que é numericamente igual a $ma$ e não o contrário.
Acho que a questão do OP aponta para como sabemos que existem forças em um objeto e quais são suas magnitudes e direções.
Posso ver dois tipos de forças, classificadas pela forma como são medidas:
Forças que devem ser medidas por uma célula de carga (geralmente com base em propriedades elásticas).
A força normal, as forças de atrito estático e a força que é aplicada ao bloco pelo homem podem ser medidas dessa forma.
Se apenas esses tipos de forças estiverem presentes, a soma vetorial de todos eles $\mathbf F_{net} = m\mathbf a$. As forças de atrito cinético parecem mais difíceis de medir e podem ser obtidas pela diferença na equação acima.
Gravitacional .
Um corpo em queda livre é acelerado, mas a força que está causando a aceleração não pode ser medida por uma célula de carga. Por outro lado, se uma célula de carga está medindo o peso de um objeto estático, o que está sendo medido é a força normal, mas não há aceleração.
Nesses casos, uma força gravitacional deve ser postulada para evitar a aceleração sem uma rede de força, ou uma rede de força sem aceleração.