As Leis de Newton

1ª Série do Ensino MédioDisciplina: 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 . asendo: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 PesoA 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 . gSendo 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 . 9,8P = 196 NO mesmo corpo, em outro planeta, como em Marte, onde g = 3,711 m/s2, possui o peso:P = 20 . 3,711P = 74,22 NVemos 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>PFR= F_N-P = m.a

FN = m.g+m.aFN =m.(g+a)

Nesse caso, teremos:

P> FNP- F_N=m .aFN= m.g-m.aFN=m.(g-a)

a ≤g

Nesse caso, teremos:

P> FNP- F_N=m .aFN = m.g-m.aFN = m.(g-a)

a ≤g

Nesse caso, teremos:FN>P

FN-P=m .aFN=m.g+m.aFN=m.(g+a)

Bibliografia

www.brasilescola.com/física

www.brasilescola.com

www.sofisica.com.br