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ARTIGO | Medição de Força

Vimos na última postagem da série Unidades de medida e seus significados sobre força, mas como medir forças no “mundo real”, quais instrumentos são usados? Isso é o que vamos descobrir!

No artigo sobre a unidade newton, vimos como uma força gera aceleração em um corpo, essa relação é a expressão da segunda lei de Newton. No século XVII, Newton propôs um conjunto de leis para explicar o movimento de corpos, essas leis são:

Leis de Newton

  • 1ª Lei
    Quando a resultante da soma de todas as forças que atuam sobre um corpo é zero, o corpo se deslocará com velocidade constante;
  • 2ª Lei
    A força que atua sobre um corpo de massa constante é igual ao produto de sua massa pela aceleração adquirida (F = m * a); e,
  • 3ª Lei
    Um corpo sofre a mesma força que aplica em outro, porém no sentido contrário. Exemplo: se nossa mão aplica uma força de 10 N para empurrar um livro para frente, esse livro aplica uma força de 10 N para trás em nossa mão. Esta lei também é conhecida como princípio de ação e reação.

Se você não viu o artigo sobre força, clique aqui.

As forças podem surgir em função de uma série de fatores, alguns tipos de força que temos são:

  • Gravitacional
    As forças gravitacionais podem ser encontradas através da lei da gravitação universal de Newton.
  • Forças de contato
    Provenientes de atrito, por exemplo, e obtidas das leis de Newton.
  • Pressão exercida por fluidos (líquidos ou gases)
    Que podem ser calculadas através dos princípios hidrostáticos, como a equação de Stevin, e hidrodinâmicos.
  • Eletromagnetismo/eletrostática
    Definidas pelas leis de Coulomb e de Ampère, por exemplo.

Muitas forças precisam ser medidas com as mais diversas finalidades, é importante saber as forças de atrito que existem no rolamento de máquinas, qual é a força que líquidos exercerão nos recipientes que os contêm para que não rompam, até qual a força necessária para que foguetes consigam escapar da força da gravidade da Terra.

A unidade de força padrão do SI é o Newton, que em unidades de base temos que 1 N equivale a 1 kg.m/s²; já no sistema imperial, a unidade padrão é a libra-força (lbf).

Conversão entre newton e libra-força

1 lbfequivale a4,448 N
1 Nequivale a0,2248 lbf

Medição de forças

Entre as formas de se medir força, a medição indireta (também chamada de medição inferencial) é a mais comum. Uma forma de medição indireta é através da deformação do sensor quando uma força é aplicada nele, onde a deformação é proporcional à força que é aplicada no sensor. Os sensores mais aplicados nesses casos são compostos por elementos elásticos, ou seja, materiais que tendem a voltar a suas formas iniciais depois que a força é cessada.

  • Dinamômetro

Entre os instrumentos que medem força temos o dinamômetro que, na maioria dos casos, utiliza uma mola como elemento sensor. O fundamento deste princípio está na lei de Hooke:

Onde F é a forma, k é a constante de elasticidade da mola usada e x é a deformação sofrida pela mola. Isto significa que uma força que é aplicada numa mola de constante elástica k, vai causar uma deformação de x metros (ou centímetro, ou milímetro, depende da força aplicada e da constante da mola).

  • Extensômetros de resistência elétrica (strain gages)

Os strain gages, ou extensômetros, são sensores que são submetidos a estresses mecânicos quando forças são aplicadas neles. No sensor há um material resistivo metálico agregado que, quando submetido a ação de forças, sofrem deformações em suas dimensões, podendo ser alongado ou contraído, fazendo com que haja uma mudança na sua resistência elétrica. Normalmente esses sensores são feitos de ligas de cobre-níquel e igualmente ao dinamômetro, a variação na resistência elétrica é proporcional à força aplicada.

Estes dois princípios são alguns que usamos para determinar a magnitude de uma força. Contudo, há outros métodos de medição que são submetidos à ação de forças, mas com o objetivo de se determinar outras grandezas, como é o caso da pressão. Outro fato importante é que todo instrumento de medição tem um limite de carga, pois eles operam adequadamente na região de deformação elástica. A deformação elástica é aquela que quando o esforço é suspendido, o corpo volta para sua forma inicial. Quando uma força muito grande é aplicada num corpo (sensor), ela pode passar da zona de deformação elástica e ir para a zona de deformação plástica, que é aquela que faz com que a deformação seja definitiva e o corpo não volte para sua forma original. Por isso, sempre que formos usar algum instrumento, é muito importante observarmos quais são seus limites de trabalho/operação.


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