Leis de Newton
Quando se fala em dinâmica de corpos, a imagem que vem à cabeça é a clássica e mitológica de Isaac Newton, lendo seu livro sob uma macieira. Repentinamente, uma maçã cai sobre a sua cabeça. Segundo consta, este foi o primeiro passo para o entendimento da gravidade, que atraia a maçã.
Com o entendimento da gravidade, vieram o entendimento de Força, e
as três Leis de Newton.
Na cinemática, estuda-se o movimento sem compreender sua causa. Na
dinâmica, estudamos a relação entre a força e movimento.
Força: É uma interação entre dois corpos.
O conceito de força é algo intuitivo, mas para compreendê-lo,
pode-se basear em efeitos causados por ela, como:
Deformação: faz com que o corpo mude seu formato, quando sofre a
ação de uma força.
Força Resultante: É a força que produz
o mesmo efeito que todas as outras aplicadas a um corpo.
Dadas várias forças aplicadas a um corpo qualquer:
A força resultante será igual a soma vetorial de todas as forças
aplicadas:
As leis de Newton constituem os três pilares fundamentais do que
chamamos Mecânica Clássica, que justamente por isso também é conhecida por
Mecânica Newtoniana.
1ª Lei de Newton - Princípio da Inércia
- Quando estamos dentro de um
carro, e este contorna uma curva, nosso corpo tende a permanecer com a
mesma velocidade vetorial a que estava submetido antes da curva, isto dá a
impressão que se está sendo "jogado" para o lado contrário à
curva. Isso porque a velocidade vetorial é tangente a trajetória.
- Quando estamos em um carro em
movimento e este freia repentinamente, nos sentimos como se fôssemos
atirados para frente, pois nosso corpo tende a continuar em movimento.
·
estes e vários outros efeitos semelhantes são explicados pelo
princípio da inércia, cujo enunciado é:
·
"Um corpo em repouso tende a permanecer em repouso, e um
corpo em movimento tende a permanecer em movimento."
·
Então, conclui-se que um corpo só altera seu estado de inércia se
alguém ou alguma coisa aplicar nele uma força resultante diferente de zero.
01. De acordo com a Primeira Lei
de Newton:
a) Um corpo tende a permanecer em repouso ou em movimento
retilíneo uniforme quando a resultante das forças que atuam sobre ele é nula.
b) Um corpo permanece em movimento apenas enquanto houver uma
força atuando sobre ele.
c) Quando a resultante das forças que atuam sobre um corpo é igual
a zero, esse corpo somente pode estar em repouso.
d) A inércia de um objeto independe de sua massa.
e) Uma partícula tende a permanecer em aceleração constante.
02. Baseando-se na primeira
Lei de Newton, assinale a alternativa correta:
a) Se estivermos dentro de um
ônibus e deixarmos um objeto cair, esse objeto fará uma trajetória retilínea em
relação ao solo, pois o movimento do ônibus não afeta o movimento de objetos em
seu interior.
b) Quando usamos o cinto de
segurança dentro de um carro, estamos impedindo que, na ocorrência de uma
frenagem, sejamos arremessados para fora do carro, em virtude da tendência de
permanecermos em movimento.
c) Quanto maior a massa de um
corpo, mais fácil será alterar sua velocidade.
d) O estado de repouso e o de
movimento retilíneo independem do referencial adotado.
03. (UNESP) As estatísticas
indicam que o uso de cinto de segurança deve ser obrigatório para prevenir
lesões mais graves em motoristas e passageiros no caso de acidentes.
Fisicamente, a função do cinto está relacionada com a:
a) Primeira Lei de Newton;
b) Lei de Snell;
c) Lei de Ampére;
d) Lei de Ohm;
e) Primeira Lei de Kepler.
2ª Lei de Newton - Princípio Fundamental da Dinâmica
Quando aplicamos uma mesma força em dois corpos de massas
diferentes observamos que elas não produzem aceleração igual.
A 2ª lei de Newton diz que a Força é sempre diretamente
proporcional ao produto da aceleração de um corpo pela sua massa, ou seja:
ou em módulo: F=ma
Onde:
F é a resultante de todas as forças que agem sobre o corpo (em N);
m é a massa do corpo a qual as forças atuam (em kg);
a é a aceleração adquirida (em m/s²).
A unidade de força, no sistema internacional, é o N (Newton), que
equivale a kg m/s² (quilograma metro por segundo ao quadrado).
Exemplo:
Quando um força de 12N é aplicada em um corpo de 2kg, qual é a
aceleração adquirida por ele?
F=ma
12=2a
a=6m/s²
01. Um corpo de massa 4,0 kg encontra-se inicialmente
em repouso e é submetido a ação de uma força cuja intensidade é igual a 60 N.
Calcule o valor da aceleração adquirida pelo corpo.
F = m.a
60 = 4.a
60 ÷ 4 = a
a = 15 m/s²
60 = 4.a
60 ÷ 4 = a
a = 15 m/s²
02. Uma pessoa
que na Terra possui massa igual a 80kg, qual seu peso na superfície da
Terra? E na superfície da Lua? (Considere a aceleração gravitacional da Terra
9,8m/s² e na Lua 1,6m/s²).
Calculemos a força peso.
Onde:
P = peso
m = massa
g = gravidade
OBS: A massa caracterísitica do corpo será a mesma em qualquer
lugar.
Calculando o peso da pessoa na Terra
P (Terra) = m.g (Terra)
P (Terra) = 80 . 9,8
P (Terra) = 784 N
P (Terra) = m.g (Terra)
P (Terra) = 80 . 9,8
P (Terra) = 784 N
Calculando o peso da pessoa na Lua
P (Lua) = m.g (Lua)
P (Lua) = 80 . 1,6
P (Lua) = 128 N
P (Lua) = m.g (Lua)
P (Lua) = 80 . 1,6
P (Lua) = 128 N
Força de Tração
Dado um
sistema onde um corpo é puxado por um fio ideal, ou seja, que seja
inextensível, flexível e tem massa desprezível.
Podemos considerar que a força é aplicada no fio, que por sua vez,
aplica uma força no corpo, a qual chamamos Força de Tração .
3ª Lei de Newton - Princípio da Ação e
Reação
Quando uma pessoa empurra um
caixa com um força F, podemos dizer que esta é uma força de ação. mas conforme
a 3ª lei de Newton, sempre que isso ocorre, há uma outra força com módulo e
direção iguais, e sentido oposto a força de ação, esta é chamada força de
reação.
Esta é o princípio da ação e
reação, cujo enunciado é:
"As forças atuam sempre em
pares, para toda força de ação, existe uma força de reação."
Força Peso
Quando falamos em movimento vertical, introduzimos um conceito de
aceleração da gravidade, que sempre atua no sentido a aproximar os corpos em
relação à superficie.
Relacionando com a 2ª Lei de Newton, se um corpo de massa m, sofre a aceleração
da gravidade, quando aplicada a ele o principio fundamental da dinâmica
poderemos dizer que:
A esta força, chamamos Força
Peso, e podemos expressá-la como:
ou em módulo:
O Peso de um corpo é a força com que a Terra o atrai, podendo ser
váriável, quando a gravidade variar, ou seja, quando não estamos nas
proximidades da Terra.
A massa de um corpo, por sua vez, é constante, ou seja, não varia.
Existe uma unidade muito utilizada pela indústria, principalmente
quando tratamos de força peso, que é o kilograma-força, que por definição é:
1kgf é o peso de um corpo de massa 1kg
submetido a aceleração da gravidade de 9,8m/s².
A sua relação com o newton é:
Saiba mais...
Quando falamos no peso de algum corpo,
normalmente, lembramos do "peso" medido na balança.
Mas este é um termo fisicamente errado, pois o que estamos medindo
na realidade, é a nossa massa.
Além da Força Peso, existe outra que normalmente atua na direção
vertical, chamada 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.
Analisando um corpo que encontra-se sob uma superfície plana
verificamos a atuação das duas forças.
Para que este corpo esteja em equilíbrio na direção vertical, ou
seja, não se movimente ou não altere sua velocidade, é necessário que os
módulos das forças Normal e Peso sejam iguais, assim, atuando em sentidos
opostos elas se anularão.
Por
exemplo:
Qual o peso
de um corpo de massa igual a 10kg:(a) Na superfície da Terra (g=9,8m/s²);
(b) Na supefície de Marte (g=3,724m/s²).
01.
Após estudar a Terceira lei de Newton, um estudante concluiu que um cavalo, ao
tentar puxar uma carroça, não deveria sair do lugar, já que o cavalo faz uma
força sobre a carroça e vice-versa. A respeito dessa observação, marque a
alternativa correta.
a)
O estudante está correto, sendo esse um tipo de problema que Newton não
conseguiu resolver.
b)
O estudante está errado, pois a força de atrito entre as patas do cavalo e o
solo é a responsável pelo movimento.
c) O estudante está correto e não há uma lei da Física que possa explicar esse fato.
d)
O estudante está errado, pois as forças aplicadas são de mesma intensidade, mas
atuam em corpos diferentes. Sendo assim, não haverá equilíbrio, e a carroça
movimentar-se-á.
COMENTÁRIOS
A Terceira lei de Newton assume que as forças de ação e reação possuem mesmo valor, mas atuam em corpos diferentes, portanto, não haverá equilíbrio e o movimento será possível.
02.
A respeito da Terceira lei de Newton, marque a alternativa verdadeira.
a)
Os pares de ação e reação podem ser formados exclusivamente por forças de
contato.
b)
As forças de ação e reação sempre se anulam.
c)
A força normal é uma reação da força peso aplicada por um corpo sobre uma
superfície.
d)
As forças de ação e reação sempre atuam no mesmo corpo.
e)
Como estão aplicadas em corpos diferentes, as foças de ação e reação não se
equilibram.
COMENTÁRIOS
Letra
“E”
a) Errada: Os
pares de ação e reação podem ser formados por forças de contato (em que há
interação direta entre dois corpos) quanto por forças de campo (em que há
interação à distância entre dois corpos.)
b) Errada: As
forças de ação e reação não se anulam, pois atuam em corpos diferentes.
c) Errada: A
força Normal e a força Peso atuam sobre o mesmo corpo, por isso, não constituem
um par de ação e reação.
d) Errada: As
forças de ação e reação sempre atuam em corpos diferentes.
e) Correta: Haverá
equilíbrio quando as forças que atuam no mesmo corpo possuírem mesma
intensidade e sentidos opostos. Esse não é o caso da Terceira lei de Newton,
pois, nessa lei, as forças atuam em corpos diferentes.
03.
(UFTM) Analisando as Leis de Newton, pode-se concluir corretamente que:
a)
O movimento retilíneo e uniforme é consequência da aplicação de uma força
constante sobre o corpo que se move.
b)
A lei da inércia prevê a existência de referenciais inerciais absolutos, em
repouso, como é o caso do centro de nossa galáxia.
c)
Para toda ação existe uma reação correspondente, sendo exemplo dessa
circunstância a força normal, que é reação à força peso sobre objetos apoiados
em superfícies planas.
d)
Se um corpo é dotado de aceleração, esta certamente é consequência da ação de
uma força, ou de um conjunto de forças de resultante diferente de zero, agindo
sobre o corpo.
e) A força centrífuga é uma força que surge em decorrência da
lei da inércia sobre corpos que obedecem a um movimento circular e que têm como
reação a força centrípeta.
COMENTÁRIOS
LETRA
“D”
a) Errada: Se
o movimento é uniforme, não há aceleração e, consequentemente, não há aplicação
de força.
b) Errada: Não
há um referencial inercial absoluto.
c) Errada: A
força Normal e a força Peso atuam sobre o mesmo corpo, por isso, não constituem
um par de ação e reação.
d) Correta: Se
existe aceleração, é porque existe atuação de uma força resultante sobre o
corpo.
e) Errada: Não
existe força centrífuga. A tendência dos corpos de saírem de forma tangente às
suas trajetórias circulares é consequência da inércia.
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