As Leis de Newton
1ª Série do Ensino Médio
Disciplina: Física
Professor: Fábio Jaime Raimundo
Dinâmica: No estudo do movimento, cinemática, propõe-se descrevê-lo sem se preocupar
com as suas causas. Quando nos preocupamos com as causas do movimento, estamos entrando
em uma área da mecânica conhecida como dinâmica.
Força: Força designa um agente capaz de modificar o estado de repouso ou de movimento de
um determinado corpo. Existem vários tipos de força: força elétrica, força magnética, força
gravitacional, força de atrito, força peso, força normal e outras. A força é uma grandeza
vetorial que possui: Módulo, direção e sentido.
Força de contato: Força de interação entre dois corpos que, necessariamente, estão em
contato físico.
Força de ação a distância: Força de interação entre dois corpos que não exige o
contato físico. Interação entre campos elétricos, campos magnéticos, campos
gravitacionais.
1ª Lei de Newton - Lei da Inércia:
Lei da Inércia: tendência que os corpos possuem em permanecer em seu estado natural,
repouso ou movimento retilíneo e uniforme.
Para exemplificar, imaginem a seguinte situação: quando uma família viaja em um
automóvel em movimento retilíneo e uniforme, em relação à Terra, e por algum motivo o
motorista freia bruscamente, todos que estão no carro são atirados para frente em relação ao
carro. Isso ocorre em virtude da inércia, isto é, da tendência que todos têm em manter a
velocidade constante com que o carro vinha trafegando em relação à Terra.
Em resumo, na ausência de forças:
a) Um corpo ou objeto parado, em razão de sua inércia, tende a permanecer em repouso;
b) Uma vez iniciado o movimento, a tendência do corpo é permanecer em movimento
retilíneo e uniforme.
Inércia: A Primeira Lei de Newton, ou lei da Inércia, diz que a tendência dos corpos,
quando nenhuma força é exercida sobre eles, é permanecer em seu estado natural,
ou seja, repouso ou movimento retilíneo uniforme.
3ª Lei de Newton – Ação e Reação
Também denominada princípio da ação e reação, ela pode ser enunciada da seguinte forma:
Se um corpo A aplicar uma força sobre um corpo B, receberá deste uma força de mesma
intensidade, mesma direção e de sentido contrário.
Assim, |FA-B| = |FB-A|.
As forças de ação e reação possuem as seguintes características:
a) Possuem a mesma natureza, ou seja, são ambas de contato ou de campo;
b) São forças trocadas entre dois corpos;
c) Não se equilibram e não se anulam, pois estão aplicadas em corpos diferentes.
A terceira lei é muito comum no cotidiano. O ato de caminhar e o lançamento de um foguete
são exemplos da aplicação dessa lei. Ao caminharmos somos direcionados para frente graças à
força que nossos pés aplicam sobre o chão.
Segunda Lei de Newton – Princípio Fundamental da Dinâmica: De acordo com a segunda
lei de Newton, a força resultante sobre um corpo é igual ao produto da massa pela aceleração.
Referenciais inerciais: Referencial inercial é um sistema de referência em que corpos livres
não têm o seu estado de movimento alterado a não ser que haja sobre eles uma força externa.
a) Referencial inercial é um sistema de coordenadas para o qual vale a Primeira Lei de Newton.
b) A Terra, em virtude do seu movimento de rotação, não pode ser rigorosamente considerada
um referencial inercial. Contudo, quando estudamos movimentos de pequena duração, podemos
desprezar os efeitos de sua rotação e considerar a Terra como sendo um referencial inercial.
De acordo com a segunda Lei de Newton:
“A força resultante que atua sobre um corpo é proporcional ao produto da
massa pela aceleração por ele adquirida”. Essa relação pode ser descrita com a
equação:
Fr = m . a
sendo:
Fr – Força resultante;
m – massa;
a – aceleração.
De acordo com essa Lei, para que se mude o estado de movimento de um objeto, é
necessário exercer uma força sobre ele que dependerá da massa que ele possui. A
aceleração, que é definida como a variação da velocidade com o tempo, terá o
mesmo sentido da força aplicada, conforme mostra a figura a seguir:
Podemos ver a partir da figura que, ao aplicar uma força de 2N sobre um objeto, ele
adquirirá uma aceleração maior quando a massa for 0,5 kg e uma pequena
aceleração quando a massa for 4 kg. Isso significa que quanto maior a massa de um
corpo, maior precisa ser a força aplicada para que se altere seu estado de
movimento.
Sendo a inércia definida como a resistência de um corpo para alterar seu estado de
movimento, podemos dizer que a segunda lei de Newton também define a massa
como a medida da inércia de um corpo.
A força é uma grandeza vetorial, pois, precisa ser caracterizada por módulo, direção
e sentido. A unidade no Sistema Internacional é o Newton, N, que representa kg
m/s2.
A segunda Lei de Newton também é chamada de princípio fundamental da
dinâmica, pois, é a partir dela que se define a Força como uma grandeza necessária
para se vencer a inércia de um corpo.
Força Peso
A partir da Segunda Lei de Newton, também chegamos à outra importante definição
na física, o Peso.
A Força peso corresponde à atração exercida por um planeta sobre um corpo em sua
superfície. Ela é calculada com a equação:
P=m.g
Sendo g a aceleração da gravidade local.
Apesar da massa de um corpo ser fixa, não é o que ocorre com o peso, por exemplo:
Um corpo de massa 20 kg no planeta Terra, onde a aceleração da gravidade é 9,8
m/s2, possui o seguinte peso:
P = 20 . 9,8
P = 196 N
O mesmo corpo, em outro planeta, como em Marte, onde g = 3,711 m/s2, possui o
peso:
P = 20 . 3,711
P = 74,22 N
Vemos que o peso no planeta Marte é bem menor que na Terra, pois, a gravidade em
Marte é bem menor. Isso ocorre porque a gravidade g de um determinado local
depende da massa do corpo. Como a massa de Marte é bem menor que a da Terra,
ele também terá a gravidade menor.
Força Normal: Esta é exercida pela superfície sobre o corpo, podendo ser interpretada como a
sua resistência em sofrer deformação devido ao peso do corpo. Esta força sempre atua no
sentido perpendicular à superfície, diferentemente da Força Peso que atua sempre no sentido
vertical.
Força de tração: Forças de tração são assim denominadas quando forças são exercidas nos
corpos por meio de fios. Geralmente consideram-se as cordas e os fios como ideais.
Força elástica: Imagine uma mola presa em uma das extremidades a um suporte, e em estado
de repouso (sem ação de nenhuma força).
Quando aplicamos uma força F na outra extremidade, a mola tende a deformar (esticar ou
comprimir, dependendo do sentido da força aplicada).
Ao estudar as deformações de molas e as forças aplicadas, Robert Hooke (1635-1703),
verificou que a deformação da mola aumenta proporcionalmente à força. Daí estabeleceu-se a
seguinte lei, chamada Lei de Hooke:
F = k.x
Força de atrito: A força de atrito surge em sentido contrário ao movimento de um objeto. Ela
pode ser estática, se o objeto está em repouso, ou dinâmica, se o objeto está em movimento.
Roldanas: As roldanas são instrumentos usados para modificar a direção de aplicação de uma
força, em geral produzindo situações de maior conforto ou facilidade. A roldana nada mais é do
que uma roda cuja periferia passa uma corda, correia ou cabo. As roldanas, cujo centro não se
move, são chamadas de roldanas fixas, do contrário, são chamadas de roldanas móveis.
Roldana fixa: A polia fixa serve apenas para mudar a direção e o sentido da força. Ela é muito utilizada para
suspender objetos.
Roldana móvel: A polia móvel facilita a realização de algumas tarefas, como, por exemplo, a de levantar
algum objeto pesado. A cada polia móvel colocada no sistema, à força fica reduzida à metade, esta é uma
vantagem, só que também temos a desvantagem, quanto mais polias móveis, mais demora a erguer ou puxar o
objeto.
Elevadores
Num movimento acelerado, a força resultante
tem o mesmo sentido do movimento
num movimento retardado, a força resultante tem sentido oposto ao do movimento.
Neste caso teremos:
;
FN>P
FR= F_N-P = m.a
FN = m.g+m.a
FN =m.(g+a)
Nesse caso, teremos:
P> FN
P- F_N=m .a
FN= m.g-m.a
FN=m.(g-a)
a ≤g
Nesse caso, teremos:
P> FN
P- F_N=m .a
FN = m.g-m.a
FN = m.(g-a)
a ≤g
Nesse caso, teremos:
FN>P
FN-P=m .a
FN=m.g+m.a
FN=m.(g+a)
Bibliografia
www.brasilescola.com/física
www.brasilescola.com
www.sofisica.com.br