As leis de Newton constituem um dos temas mais importantes da Física e sempre são cobradas no Enem e nos vestibulares. Revise a Lei da Ação e Reação; a Lei da Inércia; e a Lei com os Princípios da Dinâmica.
As Leis de Newton são conhecidas como princípios basilares da mecânica clássica (também conhecida como mecânica newtoniana), que aborda o movimento e suas causas. O cientista Inglês Issac Newton (1643-1727) criou estes clássicos na década de 1670.
Essas três leis – a Lei da Inércia, a Lei da Aceleração e a Lei da Ação e Reação – não são apenas conceitos abstratos estudados em salas de aula; elas estão presentes em praticamente tudo o que fazemos no dia a dia.
Isaac Newton estudou no Trinity College, e na Universidade de Cambridge, ambas no Reino Unido e entre as melhores do mundo nos rankings atuais. Ele publicou em 1687 o livro Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, que revolucionou os estudos da mecânica dos corpos.
O que são as Leis de Newton?
Lei da Inércia
“Um corpo em repouso permanece em repouso, e um corpo em movimento permanece em movimento com velocidade constante, a menos que uma força externa atue sobre ele.” Em resumo, objetos tendem a manter seu estado atual, seja parado ou em movimento, até que algo interfira.
Princípio da Dinâmica
“A força resultante sobre um objeto é igual ao produto de sua massa pela aceleração (F = m × a).” Isso significa que a força aplicada determina como um objeto acelera, dependendo de sua massa.
Lei da Ação e Reação
“Para cada ação, há uma reação igual e oposta.” Sempre que uma força é exercida, uma força contrária de mesma intensidade surge na direção oposta.
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Conceitos e princípios
Primeira lei de Newton: o princípio da inércia
A primeira lei de Newton (ou princípio da inércia) diz que um corpo tende a manter seu estado de equilíbrio a menos que haja sobre ele a ação de uma força resultante. Esse enunciado traz dois conceitos bastante importantes. O primeiro é o de estado de equilíbrio.
O equilíbrio pode ser estático ou dinâmico. No equilíbrio estático, a partícula está parada (em repouso), ou seja, sua velocidade é nula, enquanto que no equilíbrio dinâmico a partícula descreve um movimento retilíneo uniforme (MRU).
O segundo conceito importante é o de força resultante. A força resultante é a soma vetorial de todas as forças que atuam num corpo. A figura abaixo ilustra bem esse conceito.Veja no lado esquerdo o corpo sob a ação de várias forças, e no lado direito, a Força Resultante.
O corpo representado na figura acima está sob a ação de n forças. Este sistema pode ser substituído por um sistema mais simples que contenha apenas uma força, a força resultante, que possui o mesmo efeito das n forças.
Matematicamente podemos expressar a força resultante da seguinte forma:
Segunda lei de Newton: o princípio fundamental da dinâmica
A segunda lei de Newton diz que a força resultante é diretamente proporcional à aceleração e aponta na mesma direção dela. Expressa em termos matemáticos, a segunda lei de Newton pode ser escrita da seguinte maneira:
Ou seja, a força resultante é o resultado da massa do corpo (m) multiplicada pela aceleração (a).
Terceira lei de Newton: princípio da ação e reação
A terceira lei de Newton diz que a toda ação corresponde uma reação de mesma intensidade, mesma direção, mas de sentido oposto. Para entender esse princípio, considere que duas partículas A e B interajam pela ação de uma força de campo como representado na figura abaixo.Dois corpos A e B sob a ação de uma força de campo (força de ação à distância)
Neste caso, se o corpo A sofre a ação de uma força devido à presença do corpo B, o corpo B sofrerá a ação de uma força devido à presença do corpo A de mesma intensidade mesma direção, mas com sentido oposto.
Deste modo, temos que:
Unidades de medida no estudo da mecânica
As quatro grandezas fundamentais da mecânica são o comprimento, a massa, o tempo e a força. As unidades de escolha dessas grandezas devem ser consistentes com as equações de Newton enunciadas acima e, portanto não podem ser escolhidas arbitrariamente.
A tabela abaixo correlaciona as grandezas básicas da mecânica com suas respectivas unidades de medida no S.I. e os símbolos utilizados para representá-las.
Como apresentado na tabela acima, as unidades de massa (kg), de comprimento (m) e de tempo (s) são unidades básicas (ou fundamentais) enquanto que a unidade de força (N) é derivada da equação que define a força na segunda lei de Newton.
Assim, temos: um Newton é a quantidade de força necessária para acelerar uma massa de 1 kg a 1 m/s2.
Dica: Quando um símbolo físico estiver representado dentro de chaves, este símbolo não representará a grandeza física, e sim sua unidade de medida.
Aplicações
Da Primeira Lei de Newton
A Lei da Inércia explica por que os objetos resistem a mudanças em seu estado de movimento. No dia a dia, isso é visível em diversas situações:
Cinto de segurança no carro
Quando um veículo freia bruscamente, o corpo dos passageiros tende a continuar em movimento para frente devido à inércia. O cinto de segurança atua como a força externa que impede esse deslocamento, protegendo contra acidentes.
Empurrar um carrinho de supermercado
Um carrinho vazio é fácil de mover, mas, quando cheio, exige mais esforço para começar ou parar. Isso ocorre porque a massa maior aumenta a inércia, resistindo à mudança de estado.
Derrubar líquido ao virar um copo
Se você vira um copo de água rapidamente, o líquido pode continuar “em movimento” e derramar, pois a inércia o mantém na direção original até que a gravidade ou a borda do copo o contenha.
Esses exemplos mostram como a inércia está intrinsecamente ligada à nossa interação com objetos físicos.
Da Segunda Lei de Newton
A Segunda Lei de Newton é essencial para entender como as forças influenciam o movimento. Ela está presente em atividades simples e complexas:
Chutar uma bola
Ao chutar uma bola leve, ela acelera rapidamente porque a força do chute é grande em relação à sua pequena massa. Já uma bola mais pesada, como uma de boliche, exige muito mais força para atingir a mesma aceleração.
Acelerando um carro
Um carro de 1.000 kg precisa de mais força (do motor) para acelerar de 0 a 100 km/h do que uma bicicleta. É por isso que carros potentes têm motores mais fortes – a força (F) precisa ser proporcional à massa (m) para gerar aceleração (a).
Levantar objetos
Levantar uma mochila leve exige menos força do que erguer uma caixa pesada. A Segunda Lei explica que, para vencer a gravidade (uma força constante), a força que aplicamos deve ser proporcional ao peso (massa) do objeto.
Essa lei também é crucial em esportes, engenharia e até no design de eletrodomésticos, como aspiradores de pó, que precisam de motores potentes para mover ar e sujeira.
Da Terceira Lei de Newton
A Lei da Ação e Reação é uma das mais fascinantes, pois mostra que toda interação envolve forças opostas. Veja como ela se manifesta:
Andar ou correr
Quando você caminha, seus pés empurram o chão para trás (ação), e o chão empurra seus pés para frente (reação), propelindo seu corpo. Sem essa força de reação, seria impossível se locomover.
Nadar
Ao nadar, você empurra a água para trás com os braços e pernas, e a água, por sua vez, o empurra para frente. É a Terceira Lei que permite o movimento na piscina ou no mar.
Foguetes no espaço
Um exemplo impressionante é o funcionamento de foguetes. Eles expelem gases em alta velocidade para baixo (ação), e a reação é o movimento do foguete para cima, desafiando a gravidade.
Saltar de um barco
Se você pula de um barco pequeno para a margem, o barco se move na direção oposta. Isso ocorre porque a força que você aplica ao barco (ação) gera uma força igual que o empurra para trás (reação).
Exercícios sobre as Leis de Newton
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