PRIMEIRA LEI DE NEWTON

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.

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.

Inércia cosiste na tendëncia natural que os corpos possuem em manter a velocidade constante.

Assim, todo corpo em repouso tende a permanecer em repouso e todo corpo em movimento tende a permanecer em movimento retilíneo uniforme. 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.

Princípio da Inércia ou Primeira Lei de Newton
Sintetizando a idéia de inércia de Galileu, Newton enunciou sua primeira lei nestas palavras:


Todo corpo continua no estado de repouso ou de movimento retilímeo, a menos que seja obrigado a mudá-lo por forças a ele aplicadas. (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:

Todo corpo em equilíbrio mantém, por inércia sua velocidade constante.

Em resumo, podemos esquematizar o princípio da inércia assim:

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.

Referencial inercial é todo aquele que torna válida a lei da inércia, ou seja, sistema de referëncia que não possui aceleração em relação ás estrelas fixas.

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).

Referencial Inercial

Referencial que torna válido o princípio da inércia: sistema de referência não acelerado (em relação às estrelas fixas).

SEGUNDA LEI DE NEWTON

O estudo sobre os movimentos dos corpos é realizado desde a Antigüidade. Estudiosos, como Aristóteles, Galileu Galilei, Johannes Kepler e muitos outros, buscavam a explicação para os movimentos dos corpos. Baseados nos trabalhos de Galileu e Kepler, Sir Isaac Newton, um cientista inglês, mais conhecido como físico e matemático, descreveu a Lei da Gravitação Universal e um conjunto de princípios que descrevia a teoria sobre os movimentos dos corpos, denominados de princípios da dinâmica ou as leis de Newton. Foram três leis, a primeira diz que todo corpo quando livre da ação de forças ou está em repouso ou em movimento retilíneo uniforme. A terceira diz que toda ação corresponde a uma reação, de mesmo módulo, mesma direção e sentidos contrários.

A segunda lei, conhecida também como princípio fundamental da dinâmica, é a lei que faz relação com a força resultante que atua sobre o corpo e a aceleração adquirida pelo mesmo. Ela diz que todo corpo, em repouso ou em movimento, necessita da aplicação de uma força para alterar o seu estado inicial. Ao se aplicar uma força sobre um corpo, como na gravura apresentada anteriormente, é possível perceber que o corpo ao se deslocar terá sua velocidade alterada. O conceito de força é bem intuitivo. Força é a causa que produz alteração na velocidade do corpo, ou seja, produz aceleração.
Onde força e aceleração são grandezas vetoriais e possuem a mesma direção, sentido e intensidades proporcionais. No Sistema Internacional de Unidades (SI) a unidade de força é o newton (N), em homenagem a Sir Isaac Newton, e a unidade de aceleração é o metro por segundo ao quadrado (m/s2).

Terceira Lei de Newton

Quando um indivíduo está sentado numa cadeira, exerce uma força na mesma empurrando-a para baixo, ficando a cadeira sob "compressão" - se for de plástico (mole) pode vê-la deformar-se. Ao mesmo tempo, a cadeira exerce uma força de igual intensidade sobre o indivíduo, empurrando-o para cima, evitando assim que este caia ao chão. Estas duas forças constituem um par ação-reação. (Se o indivíduo mantiver os pés no ar, então a força que está a exercer na cadeira é igual ao seu peso e a força que a cadeira exerce no indivíduo também tem intensidade igual ao seu peso. Isto leva muita gente a pensar - erradamente - que o par ação-reação é o seu peso e a força que a cadeira faz no indivíduo).

Definição
"Toda ação provoca uma reação de igual intensidade, mesma direção e em sentido contrário".

Quando um corpo A exerce uma força sobre um corpo B, simultaneamente o corpo B exerce uma força sobre o corpo A de intensidade e direção igual mas em sentido oposto.

A força que A exerce em B e a correspondente força que B exerce em A constituem o par ação-reação dessa interação de contato (colisão). Essas forças possuem mesma intensidade, mesma direção e sentidos opostos. Ou seja:

Ao aplicarmos a terceira lei de Newton, não podemos esquecer que as forças de ação e reação:

estão associadas a uma única interação, ou seja, correspondem às forças trocadas entre apenas dois corpos;
têm sempre a mesma natureza (ambas de contato ou ambas de campo), logo, possuem o mesmo nome (o nome da interação);
atuam sempre em corpos diferentes, logo, não se anulam.

Interações de contato
Quando dois corpos A e B interagem, se A aplica sobre B uma força, esse último corpo aplicará sobre A uma outra força de mesma intensidade, mesma direção e sentido contrário.

Atenção: É importante ressaltar que ação e reação nunca se anulam, pois atuam sempre em corpos diferentes.

Exemplos
A seguir, algumas situações analisadas a partir dessa 3ª lei de Newton.

Exemplo 1: Um indivíduo dá um soco numa parede.
Neste caso a força que o indivíduo sente em sua mão é a mesma força que ele aplicou sobre a parede. Ou seja, a força aplicada sobre a parede resultou em uma força de mesma intensidade porém de sentido diferente a aplicada.
Exemplo 2: Um nadador impele a água para trás com auxílio das mãos e dos pés.
Neste caso a força que o nadador aplica sobre a água é (quase) a mesma que o empurra para a frente, pois a força aplicada sobre a água gera uma força de mesma intensidade e de sentido diferente.
Exemplo 3: Se duas bolas de gudes se chocarem então uma força irá interagir com a outra, formando sequelas nas duas, que será a ação e reação que uma irá fazer sobre a outra, esse é um ótimo exemplo de como entender mais os princípios básicos da física.
"Exemplo 4" : O boxeador em treinamento dá socos em um saco de areia bem pesado. A força que os punhos do boxeador exercem sobre o saco é igual a força exercida pelo saco sobre seus punhos.
Forças usadas em cálculos
Força de reação normal (N) : É a força de contato entre um corpo e a superfície na qual ele se apoia, que se caracteriza por ter direção sempre perpendicular ao plano de apoio. Um exemplo disso é um bloco que está apoiado sobre uma mesa.
Força de tração ou tensão (T): É a força de contato que aparecerá sempre que um corpo estiver preso a um fio (corda, cabo). Caracteriza-se por ter sempre a mesma direção do fio e atuar no sentido em que se tracione o fio. Na sequência de figuras abaixo, representamos a força de tração T que atua num fio que mantém um corpo preso ao teto de uma sala.
Se o fio for ideal (massa desprezível e inextensível), a força de tração T terá o mesmo valor em todos os pontos. O fio ideal transmite integralmente a força aplicada em um dos seus extremos.
Força de atrito: Seja A um bloco inicialmente em repouso sobre um plano e apliquemos a esse corpo a força F , como se vê na figura. Verificamos que mesmo tendo sido aplicada ao corpo uma força, esse corpo não se moverá.

É indiferente atribuir a acção a uma das forças e a reação à outra. Estas forças são caracterizadas por terem:

Mesma direção
Sentidos opostos
Mesma intensidade
Aplicadas em corpos diferentes e, por isso, não se anulam
Na linguagem matemática, temos:



Onde é a força no corpo 1 devida ao corpo 2 e é a força no corpo 2 devida ao corpo 1.

"Para cada ação há sempre uma reação, oposta e de mesma intensidade."[editar] A força de reação
A distinção entre ação e reação é puramente arbitrária: qualquer uma das duas forças pode ser considerada a ação, e então a outra força é considerada sua reação.

A reação é aplicada num corpo diferente do que o corpo em que a ação é aplicada. Por exemplo, no contexto da gravitação, quando um objeto A atrai um objeto B (ação), então o objeto B simultaneamente atrai o objeto A (com a mesma intensidade, mas direção oposta).

A natureza física da força de reação é idêntica à da própria ação: se a ação é de natureza gravitacional, então a reação também é de natureza gravitacional.

Ação e reação são muitas vezes confundidas com a questão do equilíbrio. Por exemplo, considerando-se a seguinte afirmação:
Um livro parado em uma mesa está em repouso porque o seu peso, uma força puxando-o para baixo, é equilibrado pela reação igual e oposta da mesa, uma força empurrando-a para cima.
Essa afirmação é incorreta: as duas forças são de naturezas diferentes, e ambas são aplicadas ao mesmo corpo, o livro; logo, uma não pode ser a reação da outra, pois para o ser, deveriam atuar em corpos diferentes, e por isso, de forma nenhuma se anulariam. Na verdade, a força exercida pela mesa pode ser interpretada como a reação da força de contato exercida pelo livro na mesa, que por sua vez, é igual ao peso do livro.



Blog realizado pelo aluno Pedro Paulo Neto Gomes dos Santos
número 11, segundo ano B.
Professora: Léa Abrantes
Escola Estadual Mestra Zulmira.