Forces and Free-Body Diagrams · Forças e Diagramas de Corpo Livre
| English | Português |
|---|---|
| force/fɔːs/ | trabalho |
| free-body diagram/friː ˈbɒdi ˈdaɪəɡræm/ | diagrama de corpo livre |
| newton/ˈnjuːtn/ | newton |
| weight/weɪt/ | peso |
| normal force/ˈnɔːml fɔːs/ | força normal |
| tension/ˈtenʃn/ | tensão |
| friction/ˈfrɪkʃn/ | atrito |
| net force/net fɔːs/ | força resultante |
Every push and pull, on one clean diagram
- A book on a table is doing nothing — yet several forces act on it at once.
- Gravity pulls down; the table pushes up; a hand might shove it sideways.
- To reason clearly, physicists strip away everything but the forces 力 on that one object.
- The result is a free-body diagram 受力图 — the single most useful sketch in mechanics.
Cada empurrão e puxão, em um diagrama limpo
- Um livro sobre uma mesa não está fazendo nada — yet várias forças atuam sobre ele ao mesmo tempo.
- A gravidade puxa para baixo; a mesa empurra para cima; uma mão pode empurrá-lo lateralmente.
- Para raciocinar claramente, físicos removem tudo exceto as forças 力 naquele único objeto.
- O resultado é um diagrama de corpo livre 受力图 — o esboço mais útil em mecânica.
What a force is
- A force is a push or a pull — a vector, measured in newtons 牛顿 ($\text{N}$).
- It has a size and a direction, so forces add like vectors, not plain numbers.
- A force always comes from an interaction between two objects.
- $1\ \text{N}$ is roughly the weight of a small apple.
O que é uma força
- Uma força é um empurrão ou um puxão — um vetor, medido em newtons 牛顿 ($\text{N}$).
- Ela tem magnitude e direção, então as forças se somam como vetores, não como números simples.
- Uma força sempre provém de uma interação entre dois objetos.
- $1\ \text{N}$ é aproximadamente o peso de uma pequena maçã.
What is the SI unit of force? · Qual é a unidade SI de força?
Force is measured in newtons ($\text{N}$). Joules measure energy, watts power, pascals pressure. · Força é medida em newtons ($\text{N}$). Joules medem energia, watts potência, pascals pressão.
The usual suspects
- Weight 重量 $mg$ — gravity's pull, always straight down.
- Normal force 法向力 $N$ — a surface pushing perpendicular to itself.
- Tension 张力 $T$ — a pull along a rope or string.
- Friction 摩擦力 $f$ — a surface resisting sliding, parallel to the surface.
Os suspeitos habituais
- Peso 重量 $mg$ — a atração da gravidade, sempre para baixo.
- Força normal 法向力 $N$ — uma superfície empurrando perpendicularmente a si mesma.
- Tensão 张力 $T$ — um puxão ao longo de uma corda ou fio.
- Atrito 摩擦力 $f$ — uma superfície resistindo ao deslizamento, paralelo à superfície.
Which force is always perpendicular to the surface an object rests on? · Qual força é sempre perpendicular à superfície na qual um objeto repousa?
The · A normal force is defined as the surface's push perpendicular to itself. Friction runs parallel to the surface. · A força normal é definida como o empurrão da superfície perpendicular a si mesma. O atrito atua paralelo à superfície.
Drawing a free-body diagram
- Shrink the object to a dot and draw every force as an arrow from that dot.
- Include only forces acting on the object — never forces it exerts on others.
- Point each arrow the right way; longer arrow = larger force.
- Then the net force 合力 is the vector sum of them all.
Desenhar um diagrama de corpo livre
- Reduza o objeto a um ponto e desenhe cada força como uma seta saindo desse ponto.
- Inclua apenas as forças atuando no objeto — nunca as forças que ele exerce sobre outros.
- Aponte cada seta na direção correta; seta mais longa = força maior.
- Então a força resultante 合力 é a soma vetorial de todas elas.
Build a free-body diagram · Construa um diagrama de corpo livre
Change the applied force, friction and mass, and watch the force arrows and the net force respond. · Altere a força aplicada, atrito e massa, e observe como as setas de força e a força resultante respondem.
A free-body diagram should include the forces the object exerts on other objects. · Um diagrama de corpo livre deve incluir as forças que o objeto exerce em outros objetos.
A free-body diagram shows only the forces acting on the chosen object, never the forces it exerts on others. · Um diagrama de corpo livre mostra apenas as forças atuando sobre o objeto escolhido, nunca as forças que ele exerce em outros.
A block is pushed along a rough table. Select all · todos forces that belong on its free-body diagram. · Um bloco é empurrado ao longo de uma mesa áspera. Selecione todas as forças que pertencem ao seu diagrama de corpo livre.
All four forces act on the block. The force the block exerts on the table acts on the table, so it is left out. · Todas as quatro forças atuam no bloco. A força que o bloco exerce sobre a mesa age na mesa, portanto é excluída.
Adding the forces up
- Add forces component by component, just like any vectors.
- If they balance, the net force is zero and the object keeps constant velocity.
- If they don't, the leftover net force sets the acceleration (next lessons).
- Always ask: what is the net force, and which way does it point?
Somando as forças
- Some as forças componente por componente, assim como qualquer outro par de vetores.
- Se se equilibrarem, a força resultante é zero e o objeto mantém velocidade constante.
- Se não se equilibrarem, a força resultante restante impõe aceleração (nas próximas aulas).
- Sempre pergunte: qual é a força resultante e para onde ela aponta?
A crate feels $10\ \text{N}$ right and $4\ \text{N}$ left. What is the net horizontal force, in $\text{N}$? · Uma caixa sente $10\ \text{N}$ para a direita e $4\ \text{N}$ para a esquerda. Qual é a força horizontal líquida, em $\text{N}$?
Take right as positive: $10 - 4 = 6\ \text{N}$ to the right. · Considere a direita como positiva: $10 - 4 = 6\ \text{N}$ para a direita.
The net force on an object is the ____ sum of all the forces acting on it. · A força líquida sobre um objeto é a soma ____ de todas as forças atuando sobre ele.
Forces have direction, so they combine as a vector sum, not a plain arithmetic sum. · Forças têm direção, então combinam-se como uma soma vetorial, não uma soma aritmética simples.
The normal force is not always equal to the weight. On a slope, or when something presses down or lifts up on the object, $N$ changes. Never assume $N = mg$ — work it out from the forces perpendicular to the surface.
A força normal não é sempre igual ao peso. Em um plano inclinado, ou quando algo pressiona para baixo ou levanta o objeto, $N$ muda. Nunca assuma $N = mg$ — calcule a partir das forças perpendiculares à superfície.
A crate feels $F = 10\ \text{N}$ to the right and friction $f = 4\ \text{N}$ to the left.
- Horizontal net force $= 10 - 4 = 6\ \text{N}$, to the right.
- Vertically, $N$ and $mg$ balance, so the crate stays on the floor.
Uma caixa sente $F = 10\ \text{N}$ para a direita e atrito $f = 4\ \text{N}$ para a esquerda.
- Força resultante horizontal $= 10 - 4 = 6\ \text{N}$, para a direita.
- Verticalmente, $N$ e $mg$ se equilibram, então a caixa permanece no chão.
A force (in newtons) is a push or pull from an interaction. A free-body diagram shows every force acting on one object as arrows from a dot. The net force is their vector sum — and the normal force is not always $mg$.
Uma força (em newtons) é um empurrão ou puxão proveniente de uma interação. Um diagrama de corpo livre mostra todas as forças atuando no um objeto como setas saindo de um ponto. A força resultante é sua soma vetorial — e a força normal não é sempre $mg$.