COLTEC/UFMG – FÍSICA – 1º ANO – 2015
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Formalização da 1a Lei de Newton
Introdução
A 1a Lei de Newton pode ser considerada como a reunião das definições dos conceitos de Inércia, Força e Força
Resultante, apresentados a seguir.
Inércia: Os corpos têm a tendência de conservar seu estado de repouso, caso estejam em repouso, e de conservar
seu estado de movimento, caso tenham adquirido movimento em relação a um dado referencial. Nesse último caso,
os corpos tendem a preservar a intensidade da velocidade, a direção e o sentido do movimento (Movimento Retilíneo
Uniforme ou MRU). Como, na mecânica Newtoniana, a distinção entre repouso e MRU é mera questão de
referencial, podemos dizer que o repouso também é um estado de movimento. Desde esse ponto de vista, a Inércia
é definida como a resistência que os corpos apresentam a uma ação externa que tenta alterar seu estado de
movimento.
Força: Na mecânica newtoniana, o conceito de força surge como uma consequência direta do conceito de inércia.
Assim, se os corpos, por inércia, resistem a sofrer alterações em seu estado de movimento, cabe perguntar: o que
pode promover tal alteração? A resposta é: uma força, ou, em outras palavras, uma ação exercida por outro corpo!
Assim, força é toda e qualquer ação externa que é capaz de alterar o estado de movimento do corpo sobre o qual
ela atua. O estado inicial de movimento de um corpo cuja alteração indica a presença de uma força (ou ação externa)
pode ser o repouso ou qualquer manifestação de M.R.U. (movimento retilíneo e uniforme).
Força Resultante: Na maioria das situações, várias forças atuam ao mesmo tempo sobre um corpo. Nesses casos,
só haverá alteração no estado de movimento do corpo caso o somatório das forças seja diferente de zero. Nas
situações apresentadas nas figuras ao lado, podemos compreender o conceito de força resultante como sendo uma
força imaginária que, sozinha, produziria o mesmo efeito que o conjunto das forças reais que atuam
simultaneamente sobre um dado corpo ou objeto.
Em ambas as situações, as forças que atuam sobre os objetos têm
módulos, respectivamente, iguais a F1 = 40 unidades e F2 = 30 unidades.
Na situação mostrada na figura situada à esquerda, a força resultante
aplicada sobre o corpo tem módulo igual a 10 unidades, apresenta direção
horizontal e sentido da esquerda para direita. Na situação mostrada na
figura situada à direita, a direção e o sentido da força resultante são os
mesmos, mas a intensidade dessa força é igual a 70 unidades.
Exercícios de aplicação
1) Imagine uma nave espacial situada em uma região do espaço na qual não existam atrações gravitacionais ou
outras forças capazes de atuar sobre a nave. Suponha que a nave esteja inicialmente em repouso, no referencial
a partir do qual ela será observada.
a) O que irá acontecer caso um de seus tripulantes acione os foguetes de propulsão da nave por um pequeno
intervalo de tempo e desligue-os em seguida? A nave permanecerá em repouso? Entrará em movimento?
Nesse último caso, quais seriam as características gerais desse movimento considerando que os motores
foram rapidamente desligados?
b) Suponha agora que a sequência de procedimentos por meio dos quais os foguetes são ligados, brevemente,
e desligados em seguida volte a se repetir uma, duas, três, quatro, cinco, ..., “n vezes”. Nesse caso, o que
ocorrerá com o estado de movimento da nave a cada vez que a sequência de procedimentos for repetida?
c) Se os motores permanecessem ligados por um longo período de tempo, ao invés de serem ligados e
desligados sucessivamente, quais seriam as mudanças nas características do movimento da nave, ao longo
do tempo?
Um homem exerce sobre uma grande caixa uma força horizontal de intensidade constante. Em consequência, a caixa se
move, horizontalmente, a uma velocidade constante “vo”. As questões 2, 3 e 4 referem-se a essa situação. Considerando
as informações aqui apresentadas identifique em cada questão a alternativa CORRETA.
2) A força resultante que atua sobre a caixa:
a) tem módulo igual ao da força aplicada pela mulher, atua na mesma direção dessa força e está orientada no
mesmo sentido do movimento da caixa.
b) tem módulo igual ao peso da caixa, atua na mesma direção da força aplicada pela mulher e está orientada
no mesmo sentido do movimento da caixa.
c) tem módulo menor do que a da força aplicada pela mulher, devido ao atrito, e está orientada no mesmo
sentido do movimento da caixa.
d) tem módulo zero, devido ao atrito, cuja presença faz com que existam duas forças aplicadas sobre a caixa
com mesma direção, mesma intensidade e sentidos opostos.
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3) Se o homem, de repente, deixa de aplicar força sobre a caixa, então:
a) a caixa para imediatamente de se mover, pois, seu estado natural é o repouso e não há mais uma ação
externa que lhe imprima uma velocidade constante.
b) a caixa continua a se mover com uma velocidade constante, por algum tempo, mas, depois, começa a se
mover mais devagar e, finalmente, interrompe seu movimento.
c) no momento em que o homem deixa de aplicar a força, a caixa, imediatamente, começa a se mover mais
devagar até que, finalmente, ela para de se mover.
d) a caixa continua a se mover a uma velocidade constante, por inércia, dado que um corpo em repouso
permanece em repouso, mas um corpo em movimento permanece em movimento.
4) Se o homem, de repente, começa a aplicar uma força duas vezes maior do que aquela que ele aplicou antes,
então a caixa se moverá:
a) com uma velocidade constante e duas maior do que aquela existente antes do aumento da força.
b) com uma velocidade cada vez maior, dado que, nesse caso, haverá uma força resultante sobre a caixa.
5) Um carro está em movimento retilíneo uniforme com uma velocidade de módulo 20 m/s. A força que o motor
comunica ao carro é de 1.000 N.
F = 1000 N
a) Quanto vale a resultante das forças que atuam no carro? Justifique.
b) Existe alguma força de atrito atuando no carro? Justifique.
6) A velocidade de um objeto variou conforme mostra o gráfico ao lado.
Analisando o gráfico, marque a alternativa INCORRETA:
a) A força resultante entre 4 s e 10 s é igual a zero.
b) A aceleração do objeto entre 4s e 10 s é de 4 m/s2.
c) O módulo máximo da aceleração ocorre entre 0 s e 4 s.
d) O objeto apresenta aceleração entre 11s a 14s.
7) Um helicóptero está subindo na direção vertical, em movimento retilíneo uniforme (MRU).
a) Desenhe as forças exercidas sobre o helicóptero.
b) Considerando que o helicóptero está em MRU, o valor da força resultante que atua sobre ele é maior ou
menor do que zero? Explique.
8) A figura mostra um atleta em uma pista de corrida com obstáculos no momento em que
ele está ultrapassando um dos obstáculos. Considerando que o atleta já está no ar, no
instante mostrado na figura, identifique a(s) força(s) que atua(m) sobre o atleta.
9) Um corpo é abandonado a partir do repouso e começa a cair. As características do corpo e a pequena altura de
queda permitem que a resistência do ar possa ser desprezada. À medida que o corpo cai, ocorre alguma
alteração na resultante de forças que atua sobre ele? O que ocorre com a velocidade e com a aceleração
durante a queda? Justifique suas respostas.
10) A figura mostra um objeto, amarrado a um cabo, descendo em movimento acelerado com velocidade
progressivamente menor. Desenhe as forças que atuam no objeto e indique a direção e o sentido da
resultante dessas forças.
11) A seguir são feitas algumas afirmativas com base no conceito de referencial e nas leis de movimento formuladas
por Isaac Newton. Assinale V para as alternativas verdadeiras e F para as falsas.
a)
( ) Quando um corpo está apoiado sobre a superfície terrestre, a Terra exerce duas forças sobre ele: uma
de contato e outra que também atua quando o corpo está sem contato com a superfície da Terra.
b)
( ) Depois de ser lançado e de abandonar a mão do sujeito que o lançou, um corpo lançado verticalmente
para cima sofre a ação de duas forças: uma vertical e orientada para cima e outra também vertical,
mas orientada para baixo.
c)
( ) Mesmo em uma estrada plana e sem acionar os freios, um carro para de se mover caso o motorista
deixe de pisar no acelerador.
d)
( ) Um corpo só pode permanecer em movimento com velocidade constante quando uma força resultante
constante é aplicada sobre ele.