Física · 9.ª–12.ª classe
Como calcular a aceleração de um corpo a partir da força?
Resposta curta
A aceleração de um corpo calcula-se pela 2.ª lei de Newton: a = F / m, onde F é a força resultante (em newton) e m a massa (em kg). O resultado vem em m/s2. Exemplo: uma força resultante de 30 N sobre um corpo de 6 kg dá a = 30 ÷ 6 = 5 m/s2.
Fórmula e significado de cada termo
A 2.ª lei de Newton diz que a força resultante sobre um corpo é igual ao produto da massa pela aceleração: F = m × a. Isolando a aceleração:
Segunda lei de Newton
a = F_res / m (F_res = m × a)
- a — aceleração, em m/s2; tem a mesma direção e sentido da força resultante.
- Fres — soma vetorial de todas as forças que atuam no corpo, em N (1 N = 1 kg·m/s2).
- m — massa do corpo, em kg.
Condições de aplicação
- Use a força resultante, não uma força isolada. Se existirem várias forças (empurrão, atrito, tensão, peso), some-as primeiro, com sinais.
- A massa tem de estar em kg (500 g = 0,5 kg; 2 toneladas = 2 000 kg).
- A fórmula vale para corpos de massa constante e velocidades muito menores do que a da luz, o caso do secundário.
- Quanto maior a massa, menor a aceleração para a mesma força.
Passo a passo
- Faça um esquema do corpo e das forças que atuam nele.
- Escolha um sentido positivo (o do movimento esperado).
- Some as forças nesse eixo: as que apontam no sentido positivo contam +, as outras −. Se forem perpendiculares, use o teorema de Pitágoras.
- Converta a massa para kg e as forças para N.
- Calcule a = Fres ÷ m.
- Indique a unidade (m/s2) e o sentido. Resultado negativo significa sentido oposto ao escolhido.
Exemplos resolvidos
Exemplo 1 — Básico
Enunciado: Um carrinho de mão com 6 kg é empurrado com uma força resultante de 30 N. Calcule a sua aceleração.
Resolução:
- Dados: Fres = 30 N; m = 6 kg.
- a = Fres / m = 30 ÷ 6 = 5.
Resposta: a = 5 m/s2, no sentido da força. Verificação: 6 kg × 5 m/s2 = 30 N.
Exemplo 2 — Com atrito
Enunciado: Uma caixa de 15 kg é empurrada para a direita com 50 N. O atrito com o chão é de 20 N. Qual é a aceleração?
Resolução:
- Sentido positivo: para a direita. Empurrão: +50 N. Atrito (para a esquerda): −20 N.
- Fres = 50 − 20 = 30 N.
- a = 30 ÷ 15 = 2 m/s2.
Resposta: 2 m/s2, para a direita. Verificação: 15 × 2 = 30 N = 50 − 20.
Exemplo 3 — Forças perpendiculares
Enunciado: Dois rapazes puxam um bloco de 10 kg sobre o gelo (sem atrito): um com 30 N para leste e outro com 40 N para norte. Calcule o valor da aceleração.
Resolução:
- As forças são perpendiculares: Fres = √(302 + 402) = √(900 + 1 600) = √2 500 = 50 N.
- a = 50 ÷ 10 = 5 m/s2.
Resposta: 5 m/s2, na direção da resultante (nordeste, mais próxima do norte). Verificação: 3-4-5 vezes 10 dá 30-40-50.
Exemplo 4 — Nível de exame: peso e tensão
Enunciado: Um bloco de 4 kg é içado por uma corda com tensão de 52 N (g = 10 m/s2). Calcule a aceleração e o seu sentido.
Resolução:
- Peso: P = m g = 4 × 10 = 40 N, para baixo.
- Sentido positivo: para cima. Fres = 52 − 40 = 12 N.
- a = 12 ÷ 4 = 3 m/s2.
Resposta: 3 m/s2, para cima. Verificação: se a tensão fosse 40 N, a resultante seria zero e o bloco subiria com velocidade constante.
Erros frequentes no cálculo
- Usar uma só força em vez da resultante, esquecendo o atrito ou o peso.
- Deixar a massa em gramas ou toneladas.
- Dividir F por m ao contrário (m ÷ F): dá unidades erradas.
- Somar forças perpendiculares diretamente (30 + 40 = 70 N) em vez de usar Pitágoras.
- Confundir massa e peso: o peso é uma força (P = m g), a massa é a quantidade de matéria.
- Ignorar o sinal da aceleração: um resultado negativo indica travagem ou sentido oposto ao escolhido.
Exercícios propostos
1Exercício 1
Uma força resultante de 24 N atua sobre um corpo de 8 kg. Calcule a aceleração.
Ver solução
a = 24 ÷ 8 = 3 m/s2.
2Exercício 2
Um carro de 1 200 kg tem uma força resultante de 3 000 N. Qual é a aceleração?
Ver solução
a = 3 000 ÷ 1 200 = 2,5 m/s2.
3Exercício 3
Um bloco de 25 kg é puxado para a direita com 80 N e para a esquerda com 30 N. Calcule a aceleração.
Ver dica
Subtraia as forças opostas para obter a resultante.
Ver solução
Fres = 80 − 30 = 50 N, para a direita. a = 50 ÷ 25 = 2 m/s2, para a direita.
4Exercício 4
Que força resultante é necessária para dar a uma bola de 0,5 kg uma aceleração de 12 m/s2?
Ver dica
Use F = m a.
Ver solução
F = 0,5 × 12 = 6 N.
5Exercício 5
Um bloco de 5 kg é içado por uma corda com tensão de 70 N (g = 10 m/s2). Calcule a aceleração. Se a tensão passar a 40 N, o que acontece?
Ver solução
P = 5 × 10 = 50 N. Fres = 70 − 50 = 20 N, logo a = 20 ÷ 5 = 4 m/s2, para cima. Com 40 N: Fres = 40 − 50 = −10 N e a = −10 ÷ 5 = −2 m/s2, ou seja, 2 m/s2 para baixo (o bloco desce, acelerando).
Perguntas frequentes
Qual é a fórmula para calcular a aceleração de um corpo a partir da força?
a = Fres / m, que é a 2.ª lei de Newton escrita para isolar a aceleração. A força é a resultante, em newton, e a massa está em quilogramas.
Como verificar se o resultado está correto?
Multiplique a aceleração obtida pela massa: deve dar a força resultante inicial. Confirme também as unidades: N ÷ kg = m/s2.
Que erros se cometem ao calcular a aceleração a partir da força?
Os mais comuns são esquecer forças opostas, como o atrito, usar massas em gramas e confundir peso com massa.
O que acontece se a força resultante for zero?
Então a aceleração é zero: o corpo fica em repouso ou mantém velocidade constante em linha reta, o que é a 1.ª lei de Newton.
Resumo
- a = Fres / m, com a em m/s2, F em N e m em kg.
- A aceleração tem a direção e o sentido da força resultante.
- Some as forças com sinais antes de dividir pela massa.
- Para forças perpendiculares, use Pitágoras.
- Mais massa, menos aceleração, para a mesma força.
Onde aprofundar
- O manual de Física da sua classe e o programa oficial (INIDE / Ministério da Educação de Angola) — confirme a edição em vigor.
- O manual aberto OpenStax Physics (em inglês), capítulo sobre a 2.ª lei de Newton.
- O Sistema Internacional de Unidades, descrito pelo Bureau Internacional de Pesos e Medidas (BIPM).
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