Forças Fictícias

Isaac Newton foi um brilhante cientista que deixou diversas contribuições à ciência, sendo uma delas o estudo da dinâmica dos corpos. Nesse estudo, Newton define força como interação entre dois corpos e exprime as leis que as contemplam:

1° Lei de Newton ou Lei da Inércia: Um objeto em repouso ou em movimento retilíneo uniforme tende a permanecer em seu estado desde que não haja nenhuma força sendo aplicada sobre ele;

Figura 1: Tirinha do Garfield sobre a lei da inércia (Autor: Davis, 2005).

2° Lei de Newton: A força resultante é diretamente proporcional à variação do movimento, ou seja, F = D(m.v) / Dt. Considerando que não haja variação da massa no tempo, F=m.a;

3° Lei de Newton ou Lei da Ação e Reação: Toda e qualquer força aplicada em um corpo A por um corpo B gerará uma força de mesmo módulo e direção, porém de sentido oposto (do corpo B para com o corpo A).

Figura 2: Ilustração didática da lei de ação e reação (Autor: Helerbrock, 2024).

Entretanto, Newton não só se preocupou em elaborar suas três leis fundamentais para a dinâmica dos movimentos. Ele estabeleceu em quais casos as leis seriam válidas, ou seja, em qual referencial poderiam considerá-las. Nesse sentido, é necessário diferenciar dois tipos de referenciais: o referencial inercial e o referencial não-inercial. Os inerciais são aqueles sistemas que se encontram em repouso ou realizando um movimento retilíneo uniforme (MRU). Já os não-inerciais são aqueles em que o observador está em um sistema acelerado, isto é, com uma aceleração diferente de zero.

Dessa forma, Newton esclareceu que suas leis deveriam ser consideradas fundamentalmente em referenciais inerciais. Isso porque, ao analisar o movimento ou repouso de um corpo, ele pode divergir devido ao referencial em que seu observador se encontra. Por exemplo, imagine uma pequena bola dentro de um ônibus que antes estava parado e agora está sendo acelerado: para um observador dentro do ônibus a bola está parada, mas para um observador de fora do ônibus a bola está em movimento. Note que há três forças atuantes nessa bolinha, no segundo caso: a força normal ou força de contato, a peso e uma terceira que “empurra” a bolinha no sentido contrário ao movimento do trem (essa última força é conhecida como força fictícia, pois não obedece a lei de ação e reação de newton, além de fugir da definição de força como interação entre dois corpos).

Aí entra um conceito essencial no estudo da dinâmica: as forças fictícias. Um efeito notado por um observador em um referencial inercial em relação a um sistema não-inercial. Dentre as forças, ditas fictícias, as mais comuns são:

Força de Coriolis: Ela é responsável por causar deflexão de objetos em movimento que ocorrem em diferentes direções em relação ao observador. Um excelente exemplo é o Pêndulo de Foucault, experimento desenvolvido por Jean Bernard Léon Foucault em 1851 em Paris comprovando que a Terra gira em torno do seu próprio eixo como notado pelo movimento oscilatório realizado por um pêndulo localizado no Pantheon de Paris (até hoje ele está lá).

Pelas leis de Newton a única força atuante no pêndulo deveria ser a gravitacional, porém, foi observado uma mudança na direção de oscilação do pêndulo: ele estava “girando” ao invés de parar e ter sua amplitude reduzida com o passar do tempo. Mas, na verdade, ele não está girando; quem “gira” é a Terra: o pêndulo se encontra em oscilação constante, mas, devido ao movimento terrestre, temos um caso de referencial não-inercial.

Figura 3: Fotografia do Pêndulo de Foucault (Autor: Kilhian, 2011).

Força Centrífuga: Em um movimento de trajetória curvilínea surge uma de direção radial e sentido do centro para fora da curva chamada força centrífuga.

Imagine um carro em uma curva, seguindo a primeira lei de Newton: o veículo está destinado a sair pela tangente da curva, mas segue o movimento garantindo a resultante força centrípeta. Entretanto, para o observador interno, no referencial não-inercial, este sente como se estivesse sendo jogado para fora do carro, em sentido contrário ao centro da curva.

Não à toa existem centrífugas que utilizam desse fenômeno para diversas aplicações.

Figura 4: Representação didática da força centrífuga (Autor: Melo, 2024).

Resumindo, apesar do nome, as forças fictícias não são imaginárias, apenas apresentam divergências ao serem aplicadas nas definições e Leis de Newton. Dessa forma, apenas precisam ser analisadas detalhadamente considerando seus referenciais acelerados. Mas a discussão torna-se mais acalorada a partir dos estudos de Ernst Mach, o qual, considerando, o Escólio do livro de Newton, Princípios Matemáticos da Filosofia Natural, com o famoso “problema do balde”, considera que nada existe de fictício e deve ser considerada a soma de todas as ações gravitacionais das estrelas do Universo, sendo F = m.a = 0. Para maior detalhamento, ler o interessante livro do Prof. André Kock Torres Assis e seu trabalho formidável intitulado On Mach Principle. (Assis, 2014).

ASSIS, A. K. T. Relational Mechanics and Implementation of Mach’s Principle with Weber’s Gravitational Force. Roy Keys Inc. Montreal, 2014. Disponível em:

https://www.ifi.unicamp.br/~assis/Relational-Mechanics-Mach-Weber.pdf. Acesso em: 16 de maio de 2024.

HELERBROCK, R. "Terceira lei de Newton". Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/terceira-lei-newton.htm. Acesso em 07 de fevereiro de 2024.

KILHIAN, K. O Pêndulo de Foucault. O Baricentro da Mente, 2011. Disponível em: ttps://www.obaricentrodamente.com/2011/06/o-pendulo-de-foucault.html. Acesso em: 7 fev. 2024.

SOUZA, L. Forças Fictícias. Deviante, 2021. Disponível em: https://www.deviante.com.br/noticias/forcas-ficticias/. Acesso em: 7 fev. 2024.

VALENTIM, W. S. et al. Forças fictícias no ensino médio: aplicação de referenciais não inerciais no Ensino Básico. Brazilian Journals Publicações, 2020. Disponível em: https://congress.brazilianjournals.com.br/old2020/dev2020/users/60412413345/paper_TR2020260488604-ID.pdf. Acesso em: 7 fev. 2024.