Forces and Free-Body Diagrams · Forças e Diagramas de Corpo Livre
| English | Português |
|---|---|
| force/fɔːs/ | trabalho |
| contact forces/ˈkɒntækt ˈfɔːsɪz/ | forças de contato |
| field forces/fiːld ˈfɔːsɪz/ | forças de campo |
| free-body diagram/friː ˈbɒdi ˈdaɪəɡræm/ | diagrama de corpo livre |
| components/kəmˈpəʊnənts/ | componentes |
| net force/net fɔːs/ | força resultante |
The forces you cannot see
- A book lies still on a table -- so nothing is happening, right?
- Wrong: gravity pulls it down and the table pushes it up, in perfect balance.
- Every object is a tug-of-war of hidden forces.
- To solve any mechanics problem, you first have to draw those forces.
As forças que você não vê
- Um livro repousa imóvel sobre uma mesa -- então nada acontece, certo?
- Errado: a gravidade o puxa para baixo e a mesa o empurra para cima, em equilíbrio perfeito.
- Todo objeto é uma batalha de tug-of-war de forças ocultas.
- Para resolver qualquer problema de mecânica, você primeiro precisa desenhar essas forças.
What a force is
- A force 力 is a push or a pull one object exerts on another, measured in newtons.
- Contact forces 接触力 need touching -- the normal force, friction, tension.
- Field forces 场力 act at a distance -- gravity is the everyday one.
O que é uma força
- Uma força 力 é um empurrão ou puxão que um objeto exerce sobre outro, medido em newtons.
- Forças de contato 接触力 precisam tocar -- a força normal, atrito, tensão.
- Forças de campo 场力 atuam à distância -- a gravidade é a cotidiana.
Which of these is a field · campo force (acts without contact)? · Qual destes é uma força de campo (age sem contato)?
Gravity is a field force acting at a distance; friction, normal, and tension all require contact. · A gravidade é uma força de campo que age à distância; atrito, normal e tensão exigem contato.
Select all · todos contact forces. · Selecione todas as forças de contato.
Normal, friction, and tension all need contact; gravity is a field force. · Normal, atrito e tensão exigem contato; a gravidade é uma força de campo.
Draw a free-body diagram
- A free-body diagram 受力图 shows the object as a single dot.
- Every force on it becomes an arrow, pointing the right way, labeled.
- Draw only the forces acting on the object -- never the forces it exerts on other things.
Desenhe um diagrama de corpo livre
- Um diagrama de corpo livre 受力图 mostra o objeto como um único ponto.
- Cada força sobre ele torna-se uma seta, apontando na direção certa, rotulada.
- Desenhe apenas as forças atuando no objeto -- nunca as forças que ele exerce em outras coisas.
Build a free-body diagram · Construa um diagrama de corpo livre
Add each force as an arrow and read off the net force and resulting acceleration. · Adicione cada força como uma seta e leia a força resultante e a aceleração resultante.
The force an object exerts on your hand belongs on that object's free-body diagram. · A força que um objeto exerce na sua mão pertence ao diagrama de corpo livre daquele objeto.
A free-body diagram shows forces on the object. The force it pushes back on your hand goes on your hand's diagram. · Um diagrama de corpo livre mostra forças sobre o objeto. A força que ele empurra de volta na sua mão vai no diagrama da sua mão.
Resolve into components
- Forces rarely line up with your axes, so split each into components 分量.
- On a ramp, tilt the axes along and across the slope.
- Gravity then splits into $mg\sin\theta$ down the slope and $mg\cos\theta$ into it.
Resolver em componentes
- Forças raramente se alinham com seus eixos, então divida cada uma em componentes 分量.
- Em uma rampa, incline os eixos ao longo e transversal à encosta.
- A gravidade então se divide em $mg\sin\theta$ descendo a encosta e $mg\cos\theta$ penetrando nela.
On a ramp of angle $\theta$, the component of gravity along the slope is $mg\,____\,\theta$. · Em uma rampa de ângulo $\theta$, o componente da gravidade ao longo da inclinação é $mg\,____\,\theta$.
The along-slope pull is $mg\sin\theta$; the into-slope part is $mg\cos\theta$. · A tração ao longo da inclinação é $mg\sin\theta$; a parte para dentro da inclinação é $mg\cos\theta$.
Add them to a net force
- The net force 合力 is the vector sum of every arrow.
- Add components axis by axis: $\sum F_x$ and $\sum F_y$ separately.
- That net force is what $\sum F = ma$ then turns into acceleration.
Some-os para uma força resultante
- A força resultante 合力 é a soma vetorial de todas as setas.
- Some componentes eixo por eixo: $\sum F_x$ e $\sum F_y$ separadamente.
- Essa força resultante é o que $\sum F = ma$ então transforma em aceleração.
Forces on a box (rightward positive):$+15\ \text{N}$, $-6\ \text{N}$, $+1\ \text{N}$. What is the net horizontal force (in N)? · Forças em uma caixa (positivo para a direita): $+15\ \text{N}$, $-6\ \text{N}$, $+1\ \text{N}$. Qual é a força horizontal líquida (em N)?
$15 - 6 + 1 = 10\ \text{N}$ to the right -- just add the components with their signs. · $15 - 6 + 1 = 10\ \text{N}$ para a direita -- basta somar os componentes com seus sinais.
If every force on an object cancels, its net force is zero. · Se todas as forças sobre um objeto se cancelarem, sua força líquida será zero.
Balanced forces sum to zero, so there is no net force and no acceleration. · Forças equilibradas somam zero, então não há força líquida nem aceleração.
A $2\ \text{kg}$ box on the floor is pushed right with $12\ \text{N}$; friction resists with $4\ \text{N}$.
- Horizontal net force: $12 - 4 = 8\ \text{N}$ to the right.
- Vertical: the normal force and gravity cancel, so $\sum F_y = 0$.
Uma caixa de $2\ \text{kg}$ no chão é empurrada para a direita com $12\ \text{N}$; o atrito resiste com $4\ \text{N}$.
- Força resultante horizontal: $12 - 4 = 8\ \text{N}$ para a direita.
- Vertical: a força normal e a gravidade se cancelam, então $\sum F_y = 0$.
A free-body diagram shows forces on the object only. The force the box pushes back on your hand belongs on your hand's diagram, not the box's -- mixing them up is the most common mistake in all of mechanics.
Um diagrama de corpo livre mostra forças no objeto apenas. A força que a caixa empurra de volta na sua mão pertence ao diagrama da sua mão, não da caixa -- misturá-las é o erro mais comum em toda a mecânica.
A free-body diagram draws every force on an object as a labeled arrow. Split them into components along your axes, then add to get the net force ($\sum F_x$, $\sum F_y$). Only forces on the object appear -- that net force drives its acceleration.
Um diagrama de corpo livre desenha todas as forças em um objeto como setas rotuladas. Separe-as em componentes ao longo de seus eixos, depois some para obter a força resultante ($\sum F_x$, $\sum F_y$). Apenas forças no objeto aparecem -- essa força resultante aciona sua aceleração.