Decomposição de forças

Em termos bem resumidos, podemos definir a decomposição de forças como sendo a transformação de uma determinada força em outras forças de natureza distinta. Mas, uma vez que sejam somadas novamente, essas forças distintas retomam o valor da força inicial.

Para servir de ilustração, imagine que você esteja analisando uma força aplicada na diagonal, de baixo para o alto, e que sai da esquerda em direção à direita. Pois bem, é possível decompor tal força em uma linha vertical, de baixo para cima, e numa horizontal da esquerda à direita, como podemos frequentemente ilustrar nos gráficos, por exemplo.

A decomposição de forças possui inúmeras aplicações e é utilizada para viabilizar, e até mesmo simplificar, certos cálculos e operações matemáticas. Ela é muito empregada em áreas como a mecânica, a eletricidade, a eletromagnética e a hidrostática (estudo da Física que analisa a força exercida em líquidos em estado de repouso).

Mas o que é força?

Dentro da Física Clássica, as forças são consideradas grandezas vetoriais, ou seja, aquelas propriedades que são representadas quantitativamente com base em um número (um valor de grandeza), uma referência (uma unidade quantitativa ou de medida), um sentido e uma direção. Qualquer força está sujeita aos princípios da matemática pura, correspondendo às suas propriedades de medida, direção e sentido, para as quais são aplicadas as operações de soma, subtração ou multiplicação.

A força é tida como uma chave fundamental da mecânica clássica. Ela está na base das três leis de Isaac Newton (1642-1726) e representa uma grandeza vetorial capaz de superar a inércia existente em um determinado corpo, conferindo-lhe velocidade (tanto em direção quanto magnitude). Além de alterar a trajetória de um corpo, a força também é capaz de causar sua deformidade, uma vez que seja aplicada sobre um objeto flexível.

Toda força possui direção e magnitude. Uma vez que se manifeste, ela apresentará determinadas características tais como: “pressão” (o quanto de energia é distribuído sobre o corpo); “torque” (quando a energia produz alteração de velocidade de rotação do corpo); e a chamada força de “arrasto” (a redução da velocidade sobre o corpo). No século XVII, Newton elaborou os preceitos que regem as forças baseando-se em Galileu Galilei (1564-1642 – movimento e queda dos corpos) e Johannes Kepler (1571-1630 – estudo do movimento dos planetas).

Decomposição de forças: aprofundando o tema

A composição e decomposição de forças é um procedimento aplicado à Física que transforma determinada força num vetor. Seguindo o que determinam as regras da Álgebra, a decomposição de uma força em vetores e subvetores permite melhorar e ampliar a análise do comportamento de certo objeto submetido à ação dela. Podemos, contudo, submeter um corpo às mais diversas variáveis de forças, mas, se a soma dos vetores destas forças for igual a zero, então o corpo se comportará como se não houvesse força alguma atuando sobre sua área.

Estas são condições aplicáveis e observáveis em qualquer parte do mundo físico, promovendo a estabilidade dos corpos em interação. Isso a começar pela própria força da gravidade. Qualquer simples objeto inerte sobre o chão, por exemplo, recebe ali a ação direta de duas forças, que ora se equilibram, ora se anulam, o que dá a nós a impressão de que esse objeto está parado.

Esta concepção é de máxima relevância, uma vez que explica a movimentação e a reação dos corpos sob a ação de uma força, podendo ser estudada a partir da soma dos vetores resultantes da decomposição, e não analisando-se uma força de cada vez, isoladamente. O método de decomposição de forças é quem fornece essa análise mais precisa.

Mas para que possamos obter os resultados, empregamos outros princípios matemáticos como a lei dos cossenos (em casos em que são utilizados triângulos não retângulos) e a regra do paralelogramo (quadrilátero em que se verifica paralelismo entre os lados opostos).

Imaginemos agora um objeto sobre um plano inclinado. Iremos constatar que sobre esse objeto atuam as seguintes forças: a força 1, que chamaremos de “Peso”; e a força 2, a que daremos o nome de “Regular” (ou “Perpendicular”). A primeira, a força 1, é gerada pela ação da gravidade que, como atua em função do núcleo da Terra, puxa o objeto em direção vertical, irremediavelmente.

Já a força número 2, a “Regular”, é uma energia reativa, ou seja, tem seu princípio na superfície do plano sobre o qual se inclina o objeto (local onde o deslocamento acontece). Assim sendo, a força de número 2 terá um ângulo semelhante ao do movimento gerado na superfície do plano inclinado.

Entretanto, as forças ficarão em equilíbrio se a mesma superfície estiver plana, pois teremos agindo sobre o mesmo ponto dois tipos de forças de mesmo módulo, direção e sentido. Assim sendo, o objeto não se deslocará, uma vez que não haverá forças resultantes atuando sobre ele.