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👨👧👦👲💇💆👱👲 Este canal de informação sem finalidades comerciais não pretende substituir nenhum site educacional e sim propor atividades diversificadas para aprendizagem dos educandos e esta disponível e totalmente gratuito e sem vínculo comercial. 👉Leis de Newton são um
conjunto de leis que descrevem a dinâmica do
movimento. A primeira lei de Newton, conhecida
como lei da inércia trata da resistência à mudança do
estado de movimento; a segunda lei de Newton, conhecida como princípio fundamental da dinâmica, aborda a
definição de força resultante e a sua
relação com a aceleração; por último, a terceira lei de Newton, a lei
da ação e reação, descreve os pares de forças que surgem da
interação entre corpos.
Introdução às leis
de Newton
As leis de Newton foram publicadas em
1687 pelo físico inglês Isaac Newton. Sua principal obra, intitulada Princípios matemáticos da filosofia natural, lançou
os fundamentos da dinâmica e foi capaz de explicar o surgimento
das marés e as órbitas planetárias, por exemplo.
A primeira
lei de Newton explica que a matéria resiste à aceleração graças à sua inércia.
Força, aceleração e força resultante
Força, aceleração e força resultante são
conceitos fundamentais para entendermos as leis de Newton.
Desse modo, o que é uma força? Força é uma grandeza física vetorial, medida na unidade de kg.m/s², ou N (newton), capaz de alterar o estado de movimento de um corpo. Em outras palavras, quando dois corpos exercem forças um sobre o outro, seus estados de movimento podem mudar, isso implica que a aplicação de forças sobre um corpo pode resultar no surgimento de uma aceleração, o conceito que será discutido a seguir. Caso tenha curiosidade sobre esse tema, leia nosso texto: O que é força?
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1ª lei de Newton: lei da inércia
A primeira
lei de Newton afirma que todo corpo apresenta a tendência
de permanecer em repouso ou em movimento retilíneo e uniforme, caso a resultante
das forças que atuam sobre ele seja nula. Essa lei indica que um corpo parado
ou que se move com velocidade constante está em equilíbrio, ou seja, mesmo que
milhares de forças atuem sobre ele, elas se cancelam.
Um exemplo de situação em que a força resultante é nula é o
movimento de um corpo no vácuo espacial, em
uma região de gravidade nula. Uma vez lançado em movimento,
esse corpo tenderá a mover-se para sempre em linha reta, a menos que uma força
venha alterar sua velocidade ou direção.
“Todo corpo mantém-se em repouso ou em
movimento uniforme ao longo de uma linha reta, a menos que seja forçado a mudar
seu estado por forças aplicadas sobre ele.”
Veja também: Descubra quais são as fórmulas da física mais importantes para o Enem vendo o site O mundo da Educação
2ª lei de Newton: princípio fundamental da dinâmica
A segunda
lei de Newton diz respeito à aceleração. De acordo com
essa lei, se um corpo estiver sujeito a uma força resultante diferente de
zero, ele apresentará uma aceleração no sentido dessa força resultante.
A formulação da segunda lei de Newton é feita com base em uma equação, observe:
FR – força resultante (N)
m –
massa (kg)
a –
aceleração (m/s²)
Originalmente, a segunda lei de Newton foi escrita em termos de
uma grandeza física chamada quantidade de movimento ou movimento linear.
De acordo com o enunciado dessa lei, a força resultante sobre um corpo é
determinada pela variação
de sua quantidade de movimento em relação a um intervalo de tempo. Confira
esta equação:
F e Qi – quantidade de movimento final e inicial (kg.m/s)
Δt –
intervalo de tempo (s)
v –
velocidade (m/s)
A equação mostrada também é usada para definirmos o que é impulso. De acordo com a segunda lei de Newton, impulso é a variação da quantidade
de movimento, essa variação surge em razão da aplicação de uma força durante
um determinado intervalo de tempo, desse modo:
I –
impulso (kg.m/s)
3ª lei de Newton: lei da ação e reação
A força é resultado da interação entre os
corpos, ou seja, um corpo produz a força e outro corpo recebe-a.
Isaac
Newton Durante seus estudos entendeu que
a toda ação correspondia uma reação. Esse físico notou que, em uma interação
entre dois corpos, um exerce uma força sobre o outro, que, por sua vez, devolve
uma força ao primeiro.
Também
conhecida como “lei da ação e reação”, faz parte das três leis de Newton essa é
uma delas determinada após realizar estudos sobre os movimentos e suas causas.
Assim, o enunciado da terceira lei diz que:
A
toda ação corresponde uma reação, de mesmo módulo, mesma direção e de sentidos
opostos.
Nessa imagem, é representado o choque entre duas bolinhas de tamanhos diferentes. Quando se chocam, elas exercem forças uma sobre a outra e, após o choque,cada uma segue um caminho. Lembrando que essas forças são grandezas vetoriais e, por isso, possuem módulo,direção e sentido. Dessa forma, tanto a força FBA quanto a força FAB possuem mesmo módulo, mesma direção, porém apresentam sentidos contrários, como se pode perceber pela forma como as setas apresentam-se com uma para a esquerda e outra para a direita.
As
forças de ação e reação não se equilibram e não se anulam, pois estão aplicadas
em corpos diferentes.
Os
pares de ação e reação podem ser formados tanto por forças de contato, com é o
caso desse exemplo acima, como também pelas forças de campo. No caso dessas
últimas, podem ser formadas a partir da interação de forças como a elétrica, a magnética e a gravitacional, que se
caracterizam como forças desse tipo.
A terceira
lei de Newton explica que caso um corpo A aplique uma
força sobre um corpo B, o corpo B produzirá sobre A uma força de reação. As
forças de ação e reação sempre têm a mesma intensidade e atuam na mesma direção, no
entanto, apontam para sentidos opostos. De
acordo com o que estabelece essa lei, as forças surgem aos pares e não é
possível que um par de forças de ação e reação surja em um único corpo.
Diversas
situações ilustram o funcionamento da terceira lei de Newton, por exemplo:
· Para andarmos, empurramos o chão para trás, o chão, por sua vez,
empurra-nos para frente, devido à força de atrito estabelecida entre os nossos
pés e o chão.
·
Para mover-se sobre a água, as pás das hélices dos barcos
empurram a água para a trás, e a água, por sua vez, empurra o barco para
frente.
Aplicações das leis de Newton
As leis de Newton podem ser aplicadas a diversas situações,
entre as mais importantes destacam-se as forças de atrito a decomposição do peso no plano inclinado e
a aplicação das forças centrípetas em trajetórias curvas.
Força peso
A força peso é a força de atração exercida pela gravidade. O
peso de um corpo é calculado pelo produto entre sua massa e a aceleração
gravitacional.
P –
peso (N)
m –
massa (kg)
g –
gravidade (m/s²)
Força de atrito
A força de atrito existe
porque nenhuma superfície é perfeitamente lisa. Microscopicamente, o relevo das
superfícies, mesmo as mais lisas, é acidentado. Existem duas situações de
atrito: o atrito estático e o atrito cinético, para cada uma dessas situações,
utilizamos diferentes coeficientes de atrito. A figura a seguir apresenta a
fórmula utilizada para o cálculo dessa força, confira:
Fat –
força de atrito (N)
μ –
coeficiente de atrito
N –
força normal (N)
Plano inclinado
Corpos apoiados sobre superfícies inclinadas têm a sua força
peso dividida em componentes. Essas
componentes, chamadas de componente horizontal (PX)
e componente vertical (PY),
podem ser calculadas por meio da decomposição do vetor força peso, confira
como:
PX –
componente horizontal do peso (N)
PY –
componente vertical do peso (N)
θ –
ângulo entre a rampa e a superfície horizontal (º)
Força centrípeta
A força centrípeta é
a força resultante sobre um corpo que se move segundo uma trajetória circular. A
força centrípeta sempre aponta para o centro de uma curva, e pode ser calculada
por meio da soma vetorial entre as forças que apontam em direção ao raio da
curva.
Diferentemente do que costumamos ouvir, força centrífuga não
existe, pois não se trata de uma força e sim da inércia do corpo em ação.
É exatamente como quando rodamos um balde cheio de água. O motivo de a água no
interior do balde não cair é o sentido da força resultante: no ponto mais alto,
a força centrípeta aponta para baixo, por isso, a água tende a opor-se ao
movimento nessa direção.
Um caso parecido é o da bolinha pendurada em um fio preso ao
teto de um ônibus. Se o ônibus acelera para a direta, a bolinha tende a
permanecer à esquerda, e vice-versa. Para saber mais sobre esse tema, leia nosso
texto:Força centrípeta.
FCP – força centrípeta (N)
m –
massa (kg)
v –
velocidade (m/s)
R –
raio da curva (m)
Leis de Newton e gravidade
Quando aplicadas ao contexto da gravitação, as leis de Newton deram
origem à teoria da gravitação universal. De acordo com essa teoria, a
força de atração gravitacional é proporcional ao produto das massas que se
atraem mas também inversamente proporcional à distância que as separa. Confira
a fórmula utilizada para o cálculo da força gravitacional:
G –
constante de gravitação universal (6,67.10-11 Nm²/kg²)
M e m –
massas dos corpos (kg)
r –
distância entre os corpos (m)
Com base na lei da gravitação universal, foi possível determinar
a órbita de diferentes corpos celestes, como planetas e asteroides. Além disso, por meio dela, é possível
obter os resultados descritos pelas leis de Kepler, que tratam das orbitas planetárias e
de satélites.
Veja também o site O mundo da Educação
Exercícios sobre as leis de Newton
1. (Enem 2017) Em
uma colisão frontal entre dois automóveis, a força que o cinto de segurança
exerce sobre o tórax e abdômen do motorista pode causar lesões graves nos
órgãos internos. Pensando na segurança do seu produto, um fabricante de
automóveis realizou testes em cinco modelos diferentes de cinto. Os testes
simularam uma colisão de 0,30 segundo de duração, e os bonecos que
representavam os ocupantes foram equipados com acelerômetros. Esses
equipamentos registram o módulo da desaceleração do boneco em função do tempo.
Os parâmetros, como massa dos bonecos, dimensões dos cintos e velocidade
imediatamente antes e após o impacto, foram os mesmos para todos os testes. O
resultado final obtido está no gráfico de aceleração por tempo.
Qual
modelo de cinto oferece menor risco de lesão interna ao motorista?
a) 1
b) 2
c) 3
d) 4
e) 5
Gabarito:
Resolução: Letra B
Analisando
o gráfico é possível perceber que o cinto que fornece a menor amplitude de
desaceleração é o de número 2.
2. (Enem 2018) Em
desenhos animados é comum vermos a personagem tentando impulsionar um barco
soprando ar contra a vela para compensar a falta de vento. Algumas vezes usa o
próprio fôlego, foles ou ventiladores. Estudantes de um laboratório didático
resolveram investigar essa possibilidade. Para isso, usaram dois pequenos
carros de plástico, A e B, instalaram sobre esses pequenas ventoinhas e fixaram
verticalmente uma cartolina de curvatura parabólica para desempenhar uma função
análoga à vela de um barco. No carro B, inverteu-se o sentido da ventoinha e
manteve-se a vela, a fim de manter as características do barco, massa e formato
da cartolina. As figuras representam os carros produzidos. A montagem do carro
A busca simular a situação dos desenhos animados, pois a ventoinha está
direcionada para a vela.
Com os carros orientados de acordo com as figuras, os estudantes
ligaram as ventoinhas, aguardaram o fluxo de ar ficar permanente e determinaram
os módulos das velocidades médias dos carros A (VA) e B (VB) para o mesmo intervalo de tempo.
A
respeito das intensidades das velocidades médias e do sentido de movimento do
carro A, os estudantes observaram que:
a) VA = 0; VB > 0; o
carro A não se move.
b) 0
< VA < VB; o carro A
move-se para a direita.
c) 0
< VA < VB; o carro A
move-se para a esquerda.
d) 0
< VB < VA; o carro A
move-se para a direita.
e) 0
< VB < VA; o carro A
move-se para a esquerda.
Gabarito:
Resolução: Letra B
Apesar
de o gabarito oficial da prova sugerir a alternativa A, a resposta correta é a
letra B. Diversos estudos mostram que o sistema barco, vela e ar não constitui
um sistema fechado de corpos, em que a força resultante deve ser nula. Desse
modo, o princípio da conservação da quantidade de movimento não pode ser
aplicado a esse caso. O que ocorre de fato é que a colisão inelástica entre as
partículas do ar e a vela movem o barco na mesma direção que o vento incidente.
3. (Unigranrio - Medicina -
2017) Para manter um carro de massa 1000 kg sobre uma
rampa lisa inclinada que forma um ângulo θ com a horizontal, é preso a ele um
cabo. Sabendo que o carro, nessas condições, está em repouso sobre a rampa
inclinada, marque a opção que indica a intensidade da força de reação normal da
rampa sobre o carro e a tração no cabo que sustenta o carro, respectivamente.
Despreze o atrito. Dados: sen θ = 0,6 cos θ = 0,8 e g = 10 m/s².
a)
8000 N e 6000 N
b)
6000 N e 8000 N
c)
800 N e 600 N
d)
600 N e 800 N
e)
480 N e 200 N
Gabarito: Letra
A
Resolução:
Para
que o carrinho fique parado, é necessário que a tração aplicada sobre ele seja
de intensidade igual à componente x de seu peso, de forma similar, a força
normal deve ter a mesma magnitude da componente vertical do peso do carrinho,
confira:
· Lista de Exercícios
Questão 1
(Unicastelo-SP)
(Bill Watterson. Calvin e Haroldo.)
Assinale a alternativa que contém um exemplo de aplicação da
Primeira Lei de Newton.
a) Um livro apoiado sobre uma mesa horizontal é empurrado
horizontalmente para a direita com uma força de mesma intensidade da força de
atrito que atua sobre ele, mantendo-o em movimento retilíneo e uniforme.
b) Quando um tenista acerta uma bola com sua raquete, exerce
nela uma força de mesma direção e intensidade da que a bola exerce na raquete,
mas de sentido oposto.
c) Em uma colisão entre duas bolas de bilhar, a quantidade de
movimento do sistema formado por elas imediatamente depois da colisão é igual à
quantidade de movimento do sistema imediatamente antes da colisão.
d) Em um sistema de corpos onde forças não conservativas não
realizam trabalho, só pode ocorrer transformação de energia potencial em
cinética ou de energia cinética em potencial.
e) Se a força resultante que atua sobre um carrinho de supermercado
enquanto ele se move tiver sua intensidade dobrada, a aceleração imposta a ele
também terá sua intensidade dobrada.
Questão 2
(Cefet-MG) Um veículo segue em uma estrada horizontal e
retilínea e o seu velocímetro registra um valor constante. Referindo-se a essa
situação, assinale (V) para as afirmativas verdadeiras ou (F) para as falsas.
( ) A aceleração do veículo é nula.
( ) A resultante das forças que atuam sobre o veículo é nula.
( ) A força resultante que atua sobre o veículo tem o mesmo
sentido do vetor velocidade.
A sequência correta encontrada é
a) V F F.
b) F V F.
c) V V F.
d) V F V.
Obs: Aulas com finalidades educacionais para consulta dos interessados sem caráter comercial.
Atividades de relacionar a coluna da esquerda com a coluna da direita.
Coluna da esquerda |
Coluna central |
Coluna da direita |
1)
Ação e reação se refere a: |
|
A) aquela
que é feita por uma superfície a fim de sustentar um objeto depositado sobre
ela. |
2) Força normal
sempre será |
|
B) Ação e reação. |
3)
Também podemos definir a força Normal como: |
|
C)
é o movimento de um corpo
no vácuo espacial |
4) Quando um objeto qualquer for depositado sobre uma
superfície, |
|
D)
realizada por uma superfície a fim de sustentar objeto colocado sobre ela |
5) A força que é sempre perpendicular à
superfície na qual o objeto foi depositado é a |
|
E) ela resistirá à
força peso desse corpo. |
|
|
F) se refere a
Segunda Lei de Newton |
|
|
G) A força normal |
8) |
|
H) |
9) |
|
I) Como a terceira Lei de Newton é enunciada. |
10) A primeira lei de Newton que se
trata da |
|
J) vertical e ascendente para superfícies
horizontais. |
11) |
|
K) Terceira lei de Newton |
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