Aula 05 Leis de Newton - Atividades

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:

Aceleração: faz com que o corpo altere a sua velocidade, quando uma força é aplicada.

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

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

Calculando o peso da pessoa na Lua
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.