A primeira das três leis do movimento de Sir Isaac Newton, que formam a base da mecânica clássica, afirma que um objeto em repouso ou em um estado de movimento uniforme permanecerá assim indefinidamente a ausência de uma força externa. Em outras palavras, uma força é aquela que causa uma mudança na velocidade ou aceleração. A quantidade de aceleração produzida em um objeto por uma determinada força é determinada pela massa do objeto.

Força e velocidade são direcionais

Quando os físicos falam sobre a velocidade de um objeto, eles não estão falando apenas sobre a velocidade do objeto, mas também sobre a direção em que ele está se movendo. Da mesma forma, a força tem um componente direcional e também um componente quantitativo - uma força que se opõe diretamente à velocidade de um objeto tem um efeito diferente no objeto do que uma força atuando em ângulo reto com seu movimento. Em termos matemáticos, força, velocidade e aceleração - que é a taxa de mudança de velocidade produzida por uma força - são quantidades "vetoriais", que é um termo que implica seu componente direcional.

Forças Agindo em Um Avião

A maneira mais fácil de entender como uma força altera a velocidade de um objeto é imaginar essa força atuando na mesma direção que a velocidade. Por exemplo, os motores a jato em um avião fornecem uma força que atua na direção do movimento do avião, dando-lhe uma aceleração positiva e fazendo com que ele seja mais rápido. O atrito com o ar, por outro lado, opõe-se diretamente ao movimento do avião e desacelera-o; se os motores pararem de funcionar, o avião cairá do céu. Mas quando a força do motor e o impulso ascendente da pressão do ar nas asas aerodinamicamente projetadas equilibram a força de atrito e outras forças de desaceleração, incluindo a gravidade, o avião voa a uma velocidade constante em direção ao seu destino.

Força da Gravitação

A atração gravitacional que o sol exerce na Terra é um exemplo de uma força com um importante componente direcional. Como a força gravitacional age em ângulo reto com o movimento da Terra, ela não altera a velocidade com que o planeta viaja, mas muda constantemente de direção. Como resultado, a Terra se move em uma órbita quase circular. A velocidade da Terra pode ser relativamente constante, mas sua velocidade está sempre mudando como resultado da força da gravitação que sempre a puxa para o sol. A mesma força gravitacional mantém os satélites em órbita ao redor da Terra.

Diagramas de corpo livre

A relação matemática entre a força (F) exercida sobre um objeto e sua aceleração (a) é F = m • a, onde "m" é a massa do objeto. A unidade de força no sistema métrico é o newton, que leva o nome de Isaac Newton, o físico inglês que formulou o relacionamento. No mundo real, geralmente há várias forças agindo em um corpo, cada uma com um componente direcional. Essas forças podem ser de natureza mecânica, gravitacional, elétrica ou magnética. Para prever o movimento do objeto, geralmente é útil desenhar um diagrama de corpo livre, que é uma representação gráfica dessas forças que representa a magnitude e a direção de cada um.