As Leis de Newton: os princípios da mecânica clássica

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.

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.

As leis de Newton permitem descrever e governar o movimento. Ele foi matemático, filósofo, astrônomo, físico, teólogo e alquimista. É considerado um dos maiores cientistas de todos os tempos.

As Leis de Newton:

1. Lei da Inércia – Todo corpo tende a permenecer na condição em que está, até que uma determinada força atue sobre ele alterando a resultante;
2. Princípio da Dinâmica – A Força Resultante sobre um determinado corpo é diretamente proporcional ao resultado (produto) da Aceleração vezes a Massa deste corpo. A Força Resultante (você já sabe isso!) é calculada pela Soma Vetorial das forças aplicadas;
3. Lei da Ação e Reação – Toda ação provoca uma reação de mesmo Módulo e mesma Direção em sentidos opostos.

A mecânica é comumente dividida em cinemática e dinâmica. A cinemática estuda as equações do movimento (como aquelas do MRU e MRUV) sem se preocupar com as causas do movimento – este é o tema de análise da dinâmica.

Deste modo, apresentaremos a seguir as três leis de Newton com enunciados modernos para facilitar o entendimento.

Leis de Newton

Vídeoaula sobre as Leis de Newton, com o Antônio Martins, o Tonho, do canal do Curso Enem Gratuito:

Mandou bem o professor Tonho. Muita energia para abrir a sua cabeça para as Leis de Newton. Confira agora cada uma das Leis no resumo do texto:

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:Portanto, 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.

Exercícios sobre as Leis de Newton

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