1ª LEI DE NEWTON
INTRODUÇÃO
Durante séculos, o estudo do movimento e suas causas tornou-se o tema central da filosofia natural. Entretanto, somente na época de Galileu e Newton foi realizado extraordinário progresso na solução do mesmo.
O inglês Isaac Newton (1642-1727), nascido no natal do ano da morte de Galileu, foi o principal arquiteto da Mecânica clássica. Ele conseguiu sintetizar as idéias de Galileu e de outros que o precederam, reunindo-as em três leis, publicadas pela primeira vez em 1686, no livro Principia Mathematica Philosophiae Naturalis.
Para que possamos entender a essência de tais leis, necessitamos antes apresentar algumas idéias de Galileu sobre o movimento.
1. CONCEITO DE INÉRCIA
Antes de Galileu, a maioria dos pensadores acreditava que um corpo em movimento encontraria-se num estado forçado, enquanto que o repouso seria o seu estado natural.
A experiência diária parece confirmar essa afirmativa. Quando depositamos um livro sobre uma mesa é fácil constatar seu estado natural de repouso. Se colocarmos o livro em movimento, dando-lhe apenas um rápido empurrão, notamos que ele não irá se mover indefinidamente: o livro deslizará sobre a mesa até parar. Ou seja, é fácil observar que cessada a força de empurrão da mão, o livro retorna ao seu estado natural de repouso. Logo, para que o livro mantenha-se em movimento retilíneo uniforme é necessária a ação contínua de uma força de empurrão.
Galileu, entretanto, foi contra essa idéia de movimento ser um estado necessariamente forçado, argumentando que o livro só interrompeu seu deslizamento (vindo a parar) em razão da existência de atrito com a mesa. Isto é, se lançássemos o livro sobre uma mesa menos áspera, haveria menos resistência ao seu deslizamento. Se o seu lançamento ocorresse sobre uma mesa perfeitamente polida, livre de atritos, o livro manter-se-ia em movimento retilíneo uniforme indefinidamente, sem a necessidade de estar sendo continuamente empurrado.
Em virtude disso, Galileu conclui ser uma tendência natural dos corpos a manutenção de seu estado de repouso ou de seu estado de movimento retilíneo uniforme, promovendo aos corpos uma propriedade denominada inércia.
Assim, todo corpo em repouso tende a permanecer em repouso e todo corpo em movimento tende a permanecer em movimento retilíneo uniforme.
Galileu Galilei
Isaac Newton
No cotidiano, notamos essas tendências ao observarmos uma pessoa de pé no interior de um ônibus. Quando o ônibus arranca, o passageiro por inércia tende a permanecer em repouso em relação ao solo terrestre. Como o ônibus vai para frente, a pessoa que não estava se segurando cai para trás no ônibus.
Agora, se o ônibus estivesse em movimento e de repente freasse, a pessoa cairia para frente. Graças à inércia, o passageiro exibe, nesse caso, sua vontade de continuar em movimento em relação ao solo terrestre: o ônibus pára, o passageiro não.
Logo, o cinto de segurança nos automóveis tem a função de proteger o passageiro da inércia de seu movimento, no caso de uma freada brusca ou colisão.
2. PRINCÍPIO DA INÉRCIA OU PRIMEIRA LEI DE NEWTON
Sintetizando a idéia de inércia de Galileu, Newton enunciou sua primeira lei nestas palavras:
(Tradução do Principia)
Notamos, no enunciado acima, a clara intensão de se definir força como o agente que altera a velocidade do corpo, vencendo assim a inércia (tendência natural de manter velocidade). Podemos concluir, então, que um corpo livre de ação de forças, ou com resultante de forças nula, conservará (por inércia) sua velocidade constante.
Ou seja:
Em resumo, podemos esquematizar o princípio da inércia assim:
3. REFERENCIAL INERCIAL
Sistema de referência inercial é aquele relativo ao qual um corpo permanece em repouso ou em movimento retilíneo uniforme, quando nenhuma força (ou resultante) atua sobre ele. Isto é, um referencial inercial é aquele em que a primeira lei de Newton descreve corretamente o movimento de um corpo em equilíbrio.
Normalmente, adota-se como sistema de referência inercial todo sistema de referência em repouso ou em translação retilínea e uniforme em relação às estrelas fixas, que são estrelas que aparentam manter fixas suas posições no céu após muitos séculos de observações astronômicas.
Para a grande parte dos problemas de Dinâmica, envolvendo movimentos de curta duração na superfície terrestre, podemos considerar um sistema de referência fixo na superfície da Terra como inercial. Muito embora, a Terra não seja um perfeito referencial inercial por causa da sua rotação e translação curvilínea.
Quando um ônibus arranca, freia ou executa uma curva, ele possui aceleração em relação ao solo. Nessas situações, os passageiros não podem justificar seus comportamentos pela Dinâmica newtoniana, quando tomam o ônibus como referencial. Em tais casos, cada passageiro deve ter seu movimento analisado em relação ao solo terrestre (referencial inercial).
RESUMO
Inércia
Tendência de manter velocidade.
PRINCÍPIO DA INÉRCIA
REFERENCIAL INERCIAL
Referencial que torna válido o princípio da inércia: sistema de referência não acelerado (em relação às estrelas fixas).
Fonte: www.fisica-potierj.pro.br
LEI DE NEWTON DA GRAVITAÇÃO UNIVERSAL
"dois corpos atraem um ao outro com forças iguais e opostas. A magnitude desta força é proporcional ao produto das duas massas dos corpos e é também proporcional ao inverso do quadrado da distância entre os centros de massa dos dois corpos"
LEIS DE NEWTON DO MOVIMENTO
PRIMEIRA LEI DE NEWTON DO MOVIMENTO
"um corpo continua no seu estado de repouso (velocidade zero) ou de movimento retilíneo uniforme (velocidade constante) a menos que seja obrigado a mudá-lo pela ação de uma força externa."
Vemos, portanto, que esta lei se aplica apenas a corpos com velocidade constante, que pode até mesmo ser zero. Ela não é válida para corpos que estão sofrendo alguma forma de aceleração. Se não existissem as forças de atrito um corpo em movimento com velocidade constante permaneceria para sempre neste estado. A força externa aplicada é que irá alterar o seu estado de movimento.
SEGUNDA LEI DE NEWTON DO MOVIMENTO
"se uma força de desequilibrio age sobre um corpo, a aceleração produzida por ela é proporcional à força aplicada. A constante de proporcionalidade é a massa inercial do corpo."
TERCEIRA LEI DE NEWTON DO MOVIMENTO
"em um sistema onde não estão presentes forças externas, toda força de ação é sempre oposta por uma reação igual e oposta."
Fonte: www.on.br
A Força é uma interação entre dois corpos, perceptível pelos seus efeitos. Uma força pode causar vários efeitos diferentes em um corpo, como por exemplo: imprimir movimento, cessar um movimento, sustentar um corpo, deformar um corpo.
Uma atenção a mais deve ser dado ao estudo das forças, pois trata-se de uma grandeza vetorial e como tal possui módulo, direção e sentido.
A Unidade de medida de força no S.I. é o Newton ( N ). Para se ter uma noção do seu valor, saiba que um Newton (1N) é a força necessária para erguer uma pequena xícara de café (100 ml) e 100N é a força necessária para levantar dois pacotes de açúcar de 5 kg cada um.
Outra unidade também utilizadas, é o quilograma-força (kgf). Uma força de 1 kgf é a força necessária para erguer um pacote de sal de 1 kg e 10 kgf é a força necessária para levantar dois pacotes de açúcar de 5 kg cada um. Daí, uma relação entre as duas unidades:
Existem dois tipos de força: força de contato e força de campo.
As forças de contato são aquelas em que há necessidade de um contato físico entre os corpos para que neles atuem a força, como no caso de uma pessoa fazendo força em um carro para se movimentar, ou um boxeador socando o seu adversário.
As forças de campo são aquelas que atuam à distância, sem a necessidade de contato entre os corpos, como é o caso da força da gravidade da Terra, da força de um imã sobre um prego, etc.
O comportamento geral das forças foi muito bem descrito por Isaac Newton, que escreveu as três leis que levaram o sue nome.
1A LEI DE NEWTON ( LEI DA INÉRCIA)
Inércia é a Incapacidade de um corpo em alterar o seu estado de movimento ou repouso. Ou seja, qualquer corpo, isolado é incapaz de entrar em movimento (se estiver em repouso) ou mudar a sua velocidade (se estiver em movimento).
A primeira lei de Newton, basicamente pode ser assim enunciada:
Se não existe a ação de forças ou se é nula a resultante das forças atuantes sobre um corpo, ele permanece em seu estado natural de movimento ( repouso ou M. R. U.).
A conclusão mais direta desta lei é que um corpo em que a resultante das forças é nula, estará em repouso ou em movimento retilíneo uniforme. Neste caso, diz-se que um corpo está em Equilíbrio.
Uma pessoa que se encontra dentro de um ônibus em movimento, continuará em movimento para frente, quando o ônibus parar, se não estiver segurando no mesmo, pois a resultante das forças sobre ela é nula e ela tende a manter o seu estado de movimento.
Uma partícula está em equilíbrio quando a resultante das forças que nela atuarem for nula.
Existem dois tipos de Equilíbrio:
Equilíbrio Estático: equilíbrio de um corpo em repouso.
Equilíbrio Dinâmico: equilíbrio de um corpo em movimento retilíneo uniforme.
Matematicamente, a 1ª lei de Newton pode ser resumida por:
Equilíbrio: FR = 0 FRx = 0 FRy = 0
Esta forma é utilizada principalmente nos casos em que temos várias forças inclinadas atuando no mesmo corpo.
2º LEI DE NEWTON (PRINCÍPIO FUNDAMENTAL DA DINÂMICA)
A Segunda lei de Newton trata dos casos em que a resultante das forças que atuam em um corpo não é nula. Neste caso, nota-se o aparecimento de uma outra grandeza conhecida: a aceleração.
Eis um enunciado resumido da 2ª lei de Newton:
Se existe a ação de forças ou a resultante das forças atuantes sobre um corpo não é nula, ele sofrerá a ação de uma aceleração inversamente proporcional à sua massa.
Pode-se concluir então, que toda vez em que sobre um corpo atuar uma resultante de forças não-nula, este corpo ficará sujeito à ação de uma aceleração. Esta aceleração será maior quando um corpo tiver uma massa menor e menor se o corpo possuir uma massa menor.
Matematicamente,
Note que a equação acima envolve a resultante das forças, isto é, o efeito combinado de todas as forças que atuam no corpo. A não ser no caso de atuar somente uma força no corpo, em que a resultante é a própria força.
Outra observação importante é que se trata de uma equação vetorial, entre duas grandezas vetoriais, o que indica que a força resultante terá a mesma direção e sentido da aceleração e vice-versa.
3ª LEI DE NEWTON ( LEI DA AÇÃO E REAÇÃO ):
Na definição de força no início deste capítulo, foi dito que a força é uma interação entre dois corpos, o que leva-se a concluir que um corpo que faz uma força sobre outro também recebe a ação de uma força, pois interação entre dois corpos significa ação entre dois corpos.
Esta característica das forças foi muito bem descrita por Newton em sua terceira lei, que pode ser descrita como:
Quando um corpo A exerce uma força (FA) sobre um corpo B (ação), o corpo B exerce uma força de reação (FB) igual e contrária sobre o corpo A (reação).
Isto significa que as forças sempre ocorrem aos pares, sendo que cada membro deste par atua em um dos corpos.
Cabe salientar que estas duas forças são iguais em módulo (valor), porém têm sentidos contrários. Estas duas forças (ação e reação) atuam em corpos diferentes, motivo pelo qual não podem se anular.
Muitas situações do nosso dia-a-dia se explicam pela 3ª lei de Newton: uma pessoa ao andar, “empurra” o chão para trás e este a “empurra” para frente; um avião ao voar, “empurra” o ar para trás e este o “empurra” para frente.
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