As Três Leis de Newton: os princípios da mecânica clássica

As leis de Newton constituem um dos temas mais importantes da Física e sempre são cobradas no Enem e nos vestibulares. Revise os princípios da inércia, dinâmica e ação e reação!

As três leis de Newton são conhecidas como princípios basilares da mecânica clássica (também conhecida como mecânica newtoniana), que aborda o movimento e suas causas. As leis de Newton permitem descrever e governar o movimento.

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.

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.primeira lei de newton: trabalho da força resultante - Leis de NewtonUm corpo sob a ação de várias forças

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:

primeira lei de newton força resultante - Leis de Newton

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:

segunda lei de newton - Leis de Newton

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.terceira lei de newton ação e reação - Leis de NewtonDois 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:

terceira lei de newton - Leis de Newton

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.

tabela de medidas no estudo das três leis de newton - Leis de Newton
Grandezas físicas e suas respectivas unidades de medida no SI e unidades para cálculos dimensionais

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:

cálculo da força leis de newton - Leis de Newton

Portanto, 1 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.

Para terminar, revise as três leis de Newton com o vídeo do nosso canal, com o prof. Rossetto:

Fique agora com algumas questões de vestibulares para fixar os conceitos abordados neste post e até a próxima.

1) Vunesp

Uma moeda está deitada, em cima de uma folha de papel, que está em cima de uma mesa horizontal. Alguém lhe diz que, se você puxar a folha de papel, a moeda vai escorregar e ficar sobre a mesa. Pode-se afirmar que isso:

a) sempre acontece porque, de acordo com o princípio da inércia, a moeda tende a manter- se na mesma posição em relação a um referencial fixo na mesa.

b) sempre acontece porque a força aplicada à moeda, transmitida pelo atrito com a folha de papel, é sempre menor que a força aplicada à folha de papel.

c) só acontece se o módulo da força de atrito estático máxima entre a moeda e o papel for maior que o produto da massa da moeda pela aceleração do papel.

d) só acontece se o módulo da força de atrito estático máxima entre a moeda e o papel for menor que o produto da massa da moeda pela aceleração do papel.

e) só acontece se o coeficiente de atrito estático entre a folha de papel e a moeda for menor que o coeficiente de atrito estático entre a folha de papel e a mesa.

2) UFMT

É comum, em filmes de ficção científica, que as naves espaciais, mesmo quando longe de qualquer planeta ou estrela, permaneçam com os motores ligados durante todo o tempo de percurso da viagem. Esse fato:

01. se justifica, porque, se os motores forem desligados, a velocidade da nave diminuirá com o tempo até parar.

02. se justifica, pois, para que qualquer objeto se mova, é necessária a ação de uma força sobre ele.

04. se justifica, porque, se os motores forem desligados, a nave será desviada, de forma gradativa, de sua rota.

08. não se justifica, pois, uma vez atingida a velocidade de cruzeiro, a nave seguirá até o destino com velocidade constante.

16. não se justifica, pois, uma vez colocada no seu rumo, a nave seguirá até o seu destino sem desviar-se da rota.

Dê, como resposta, a soma das afirmativas corretas.

3) Unirio

O astronauta Neil Armstrong foi o primeiro homem a pisar na superfície da Lua,

em 1969. Na ocasião, realizou uma experiência que consistia em largar, ao mesmo tempoe a partir do repouso, um martelo e uma pena, deixando-os cair sobre a superfície lunar, e observou que o(s):

a) martelo caiu e a pena subiu;

b) martelo caiu mais rápido do que a pena;

c) dois corpos ficaram flutuando em repouso;

d) dois corpos tocaram o solo lunar ao mesmo tempo;

e) dois corpos começaram a subir, afastando-se da superfície lunar.

4) UFMT

Na superfície da Lua, havia dois astronautas. Um astronauta ficou com raiva

do outro, por isso jogou-lhe uma pedra de 20 kg, que o acertou no peito. Sabendo que a atração gravitacional na Lua é seis vezes menor que na Terra, julgue as afirmativas.

(   ) A pedra pode ser erguida mais facilmente na Lua do que na Terra.

(   ) A pedra pode ser arremessada horizontalmente mais facilmente na Lua do que na Terra.

(   ) O impacto que o astronauta sentiu no peito é o mesmo que ele sentiria na Terra se a pedra o atingisse com a mesma velocidade.

(   ) Como na Lua todos os objetos caem com a mesma aceleração, o impacto provocado pela pedra arremessada independe de sua massa.

Gabarito:

1) D    2) 24   3) D    4) CECE

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Sobre o(a) autor(a):

O texto acima foi elaborado pelo Prof. Dr. Fernando Henrique Martins. Fernando é bacharel e licenciado em Física pela Universidade de Brasília, possui Mestrado (pela UnB) e Doutorado em Nanotecnologia pela Université Pièrre et Marie Curie (Paris/França). Foi professor de ciências, matemática e física em várias escolas de Brasília e Florianópolis atuando desde o ensino fundamental ao ensino médio. Fernando também lecionou disciplinas de física para diversos cursos de engenharia e física na Universidade Federal de Santa Catarina. E-mail: [email protected] Facebook: https://www.facebook.com/nando.martins.376?ref=bookmarks