LEIS DE NEWTON

DINÂMICA

Há mais de 2000 anos atrás, Aristóteles acreditava que era impossível um móvel permanecer em movimento na ausência de forças que o empurrassem.

No século XVI, Galileu introduziu o conceito de Inércia, refutando as ideais de Aristóteles e mostrando que um corpo, em movimento na ausência de forças, tende a permanecer em movimento retilíneo e uniforme para sempre.

Newton deu continuidade ao trabalho de Galileu e mostrou que uma força não era necessária para que um corpo permanecesse em movimento, mas, sim, para que ele sofresse uma variação na sua velocidade vetorial, em outras palavras, Newton mostrou que Força é o agente físico cujo efeito dinâmico é a aceleração. Dizemos então que a aceleração produzida é diretamente proporcional à força resultante.

A aceleração que se imprime sobre um objeto depende das forças aplicadas sobre ele e da massa do mesmo. Quanto de massa um objeto possui depende da quantidade de matéria que ele tem. Quanto mais matéria mais força é necessária para alterar sua velocidade vetorial. A massa é a uma medida de inércia de um objeto material.

Não confunda → Massa ≠ Peso

MASSA (M)

A quantidade de matéria num objeto. É também a medida de inércia, “facilidade” que um objeto apresenta em resposta a qualquer esforço feito para movê-lo, pará-lo ou alterar de algum modo seu estado de movimento. Unidades: Kg, g, miligrama….

PESO (P)

A força sobre um objeto devido à gravidade. Unidades: newtons (N), Kgf (Quilograma-força).

Peso e massa são diretamente proporcionais entre si, ou seja, se a massa de um corpo dobra, seu peso também dobra. Esses conceitos são muitas vezes confundidos pois é comum medir no Brasil a quantidade de matéria dos corpos (massa) pela força de interação gravitacional (Peso).

LEIS DE NEWTON

1ª Lei de Newton (Princípio de Inércia)

Se a força resultante sobre uma partícula é nula, ela permanece em repouso ou em movimento retilíneo e uniforme, por Inércia. Entenda Inércia como a tendência dos corpos em conservar sua velocidade vetorial.

Devido a esse princípio concluímos que um corpo livre de uma força externa resultante é incapaz de variar sua própria velocidade vetorial, ou seja, para que a inércia seja vencida, é necessária a intervenção de uma força externa.

Qualquer corpo, em repouso ou em movimento retilíneo e com velocidade constante tende a permanecer nesses estados, a menos que uma força externa atue sobre ele.

2ª Lei de Newton (Princípio Fundamental da Dinâmica):

Estabelece a relação entre a força resultante que atua num corpo e a aceleração que ele adquire. Quando uma força resultante constante e diferente de zero atua sobre um corpo a aceleração gerada é constante, diretamente proporcional, possui mesma direção e sentido que a força resultante. A aceleração é inversamente proporcional a massa do corpo.

Fʳ = m . a

Para uma movimento retilíneo em que a força resultante atue no sentido do movimento, o módulo da velocidade aumenta. Se a força resultante for aplicada no sentido oposto do movimento, o módulo da velocidade diminui

Unidade de força no S.I: newton (N)

Relação entre newton e dina

1N = 10⁵ dyn

Relação entre newton e quilograma-força

Considerando g = 9.8 m /s²

1Kgƒ= 9,8 N

3ª Lei de Newton (Ação-Reação)

Colocando em pauta uma situação cotidiana, quando você puxa um carrinho, este simultaneamente puxa você, este par de forças, seu puxão sobre o carrinho e o puxão do carrinho sobre você, constitui uma única interação entre você e ele. Observamos no exemplo um par de forças que representam a terceira lei do movimento.

Mas, afinal, quem exerce a força e quem sofre a ação da força?

A resposta é que nenhuma força pode ser definida como “ação” ou “reação”, ambos os objetos devem ser tratados igualmente.

Resumindo, sempre que um objeto exerce uma força sobre um outro objeto, este exerce uma força sobre o primeiro.
Estas forças:

• Possuem mesma intensidade, ou seja, mesmo módulo.

• Mesma linha de ação. Ter mesma linha de ação é mais do que ter a mesma direção, pois forças paralelas têm mesma direção, mas não necessariamente mesma linha de ação.

• Sentidos opostos.

• Atuam em corpos diferentes, por isso, nunca se anulam.

• São forças de mesma natureza.

Fᴮᴬ força do corpo B sobre A.
Fᴬᴮ força do corpo A sobre B.

Uma série de fenômenos são explicados pela lei da ação e reação.

Na figura, o nadador consegue se mover porque ele “empurra” a água para trás e, como reação, esta o empurra para a frente.

FORÇAS DA NATUREZA

1. Forças Gravitacionais
2. Forças Eletromagnéticas
3. Forças Nucleares Forte
4. Forças Nucleares Fracas

PRINCIPAIS FORÇAS DA DINÂMICA

Existem algumas forças que aparecem, constantemente, em problemas e merecem uma atenção especial.

As forças podem ser classificadas em forças de Contato, que são aquelas que só existem enquanto houver contato entre os corpos, e as forças de Campo ou de Ação a Distância que existem mesmo que os corpos não estejam em contato. No nosso curso três serão as forças de ação a distância: a força gravitacional (Peso), a força devido ao campo elétrico (Força Elétrica) e a força devido ao campo Magnético (Força Magnética), no momento só nos preocuparemos com a força gravitacional.

PESO

A força da Terra sobre um corpo, apelidada de Peso do corpo, é gerada pela atração gravitacional entre a Terra e corpo. São características do peso:

Módulo: P = m·g

Direção: sempre a vertical do local.

Sentido: sempre para o centro da Terra

• Como o valor da aceleração da gravidade (g) varia sobre a Terra, o peso de um corpo é variável, pouco, mas é.

• Não confunda peso (como é força expresso em newtons) com massa (expressa em kg). A confusão diária ocorre pois a balança na qual nos pesamos na farmácia é um instrumento para medir a força que fazemos sobre ela, mas sua graduação está em kg, que é unidade de massa.

• Cuidado com essa: a reação da força peso.

Nome da força: Força da Terra sobre o corpo.

Agente da força: a Terra.

Onde atua a força: no corpo (seu centro de gravidade).

Reação: Força do corpo sobre a Terra.

Agente da força: o corpo.

Onde atua a reação: no centro da Terra.

Observe que para qualquer corpo a reação de seu peso atuará sempre no centro da Terra.

NORMAL

Quando um corpo está apoiado em uma superfície, ele exerce sobre ela uma força (representada na figura por Nᵐᵉˢᵃ), e pelo princípio da ação e reação, a superfície exerce sobre o corpo uma força que é representada Nᵇˡᵒᶜᵒ e recebe o nome de reação normal.

O estudo da força de contato entre duas superfícies será dividido em duas partes no nosso curso: nesta primeira parte nós vamos imaginar que não há nenhuma espécie de atrito entre as superfícies em contato. Neste caso, essa força de contato entre as superfícies é perpendicular às superfícies de contato, como Normal é sinônimo de perpendicular essa força acaba sempre por ter o apelido de Normal. Tanto faz ser a força da superfície sobre o corpo como ser sua reação, a força do corpo sobre a superfície. Não há uma expressão específica para determinar seu valor. Sua função é evitar que o corpo penetre superfície a dentro.

Tração ou tensão

Exercer uma tração ou tracionar um corpo é alongá-lo ou tentar alongá-lo por um par de forças idênticas e opostas aplicadas em suas extremidades, é mais comum em fios, cordas, cabos etc. Depois, por extensão tornou-se o apelido da força que uma corda, fio ou cabo exerce sobre um corpo. É comum nos problemas, considerarmos os fios como ideais, ou seja, inextensíveis (não se esticam) e de massa desprezível.

Toda vez que trabalhamos com cordas ou fios ideais, e esse será maioria no nosso estudo, a força num ponto de uma corda ou fio será sempre igual à força em qualquer outro ponto do mesmo fio. Observe nas figuras anteriores que a tração tem sempre o sentido de puxar, nunca de empurrar.

Dinamômetro

O Dinamômetro é um aparelho utilizado para medida da intensidade de força e consiste em uma mola com uma
graduação.

O Dinamômetro também pode ser utilizado para medição de massa, para isso, basta que sua escala seja dividida pela aceleração da gravidade:

P = m . g  ➞ m = P/g

O melhor exemplo deste tipo de dinamômetro é a balança de mola. A balança sempre representa o valor da normal, por isso, nem sempre calcula-se o peso corretamente com uma balança. As balanças encontradas em farmácias e em casas já estão graduadas para se obter diretamente a massa, porém, nos problemas, é mais comum a graduação para a obtenção da força aplicada.

TEXTO COMPLEMENTAR

Sir Isaac Newton

Isaac Newton nasceu no dia de Natal do ano de 1642 em Woolsthorpe, Lincolnshire, Inglaterra. Fazendo a correção para o calendário adotado atualmente, denominado calendário Gregoriano, adotado na Inglaterra em 1752, Newton nasce em 4 de janeiro de 1643, ano da morte de Galileo. Newton veio de uma família de agricultores, mas seu pai morreu antes de seu nascimento. Embora sempre seja citado nas áreas da Mecânica e da Astronomia, Newton publicou, em 1704, um tratado sobre Óptica, a natureza da luz e cor. Tornou-se presidente da Casa da Moeda Real e inventou essas ranhuras que as moedas possuem para que ninguém subtraísse o ouro e a prata das moedas.

EXERCÍCIO RESOLVIDO

01. (VUNESP) Enuncie a lei física à qual o herói da “tirinha” se refere.

Resolução: Quando o ônibus está em movimento em relação ao solo e freia, os passageiros tendem por inércia a permanecer em movimento, note que em relação ao ônibus os passageiros parecem ser “atirados” para frente, mas nenhuma força realizou o empurrão, eles continuaram seu movimento por inércia.

02. Dois blocos A e B, de massas iguais a mᴬ = 4Kg e mᴮ = 16Kg, estão apoiados numa superfície perfeitamente lisa e horizontal. Uma força horizontal F, de intensidade constante F = 100N, é aplicada no bloco A. Determine:

a) A aceleração do conjunto
b) O módulo da força que B aplica em A.

Resolução: Vemos que em ambos os blocos o Peso e a Normal se anulam, o que facilita a questão.

Vamos passar a considerar apenas as forças horizontais, já que a soma das forças verticais é nula.

Bloco A: F – f = mᴬ . a 

Bloco B: f = mᴮ . a

Somando as equações de A e B temos
Bloco A: F – f = mᴬ· a
Bloco B: f = mᴮ · a

                                             +

F = (mᴬ + mᴮ) · a
100 = (4 + 16) · a
a = 5 m/s²

Perceba que a força que A faz em B é em módulo igual a força que B faz em A que na questão está representada por f, basta substituir o valor da aceleração em qualquer uma das equações acima.
f = mᴮ · a ⇒ f = 16 · 5 = 80 N