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Índice

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  • Introdução 02

  • Isaac Newton 03

  • O Surgimento das Leis de Newton 03

    • Conceito de Inércia 04

    • Conceito de Força 05

  • As Leis de Newton 05

    • 1ª Lei de Newton 05

    • Princípio da Inércia 05

    • Referencial Inercial 06

    • Exercícios 06

  • 2ª Lei de Newton 07

    • Massa e Inércia 08

    • 2ª Lei de Newton Principio Fund. da Dinâmica 08

    • Diagrama do Corpo Livre 09

    • Exercícios 09

  • 3ª Lei de Newton 11

    • 3ª Lei de Newton Ação e Reação 11

    • Exemplos 11

  • As Forças Envolvendo as Leis de Newton 12

    • Força Peso 12

    • Força Normal 13

  • Conclusão 13

  • Fontes de Consultas 14

INTRODUÇÃO

 

Físico, Matemático e Astrônomo, Sir Isaac Newton foi um grande personagem na história da Ciência.

Nascido na Inglaterra, no ano de 1642, o filósofo natural deixou importantíssimas contribuições para física, matemática, filosofia, astronomia, alquimia, astrologia, cabala, magia e teologia.

Para Newton, todos esses campos do saber poderiam ajudar nos estudos dos fenômenos naturais.

Suas descobertas mais importantes foram: a decomposição da luz, o princípio da gravitação universal e os três princípios da mecânica conhecido como as leis de Newton. E também criou o cálculo infinitesimal.

Foi em 1666, que suas descobertas mais importantes foram feitas e, interrogado sobre como as conseguia, respondeu:

Para descobrir todos os fenômenos que deseja, basta ao sábio três coisas: Pensar, pensar, pensar”.

Isaac Newton

Isaac Newton nasceu em 25 de dezembro de 1642 (ano da morte de Galileo Galilei) em Woolsthorpe, Lincolnshire, Inglaterra. Newton veio de uma família de agricultores, mas seu pai morreu antes de seu nascimento, ele foi criado por sua avó. Um tio o enviou para o Trinity College, Cambridge, em junho de 1661. A vida de Isaac Newton pode ser dividida em três períodos bastante distintos.

O primeiro período compreende os dias de sua juventude de 1643 até sua graduação em 1669.

O segundo período, de 1669 a 1687, foi o período altamente produtivo no qual ele foi professor e recebeu o cargo de professor de Lucasian em Cambridge.

O terceiro período viu um Newton como funcionário governamental altamente qualificado em Londres com pouco interesse adicional em matemática.

A mecânica descrita por Copérnico e Galileu atraiu Newton e a partir destas leituras, o talento de Newton começou a despontar, o gênio científico de Newton emergiu de repente quando uma epidemia de peste fechou a Universidade pelo verão de 1665 e ele teve que retornar a Lincolnshire. Lá, em um período de menos de dois anos, ele começou avanços revolucionários em matemática, ótica, física, e astronomia.

O Surgimento das Leis de Newton

Durante séculos, o estudo dos movimentos e suas causas tornaram-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 Galileu Galilei     Isaac Newton

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, vamos ver algumas das idéias que o levaram à criação das suas três leis.

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. 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.

Conceito de Força

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 dada ao estudo das forças, pois se trata 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 utilizada 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 seu nome.

As Leis de Newton

1ª Lei de Newton

Princípio da Inércia

Sintetizando a idéia de inércia de Galileu, Newton enunciou sua primeira lei nestas palavras:

Notamos, no enunciado acima, a clara intenção 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:

→ → →

FR = 0 ↔ V = constante {Repouso ou MRU

Equilíbrio

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).

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

Exercícios

01. O filósofo grego Aristóteles (384 a.C.- 322 a.C.) afirmava aos seus discípulos:“Para manter um corpo em movimento, é necessário a ação contínua de uma força sobre ele.” Esta proposição é verdadeira ou falsa?

Falsa; se o corpo em movimento estiver livre da ação de forças (ou a resultante das forças atuantes for nula), ele se manterá em movimento retilíneo uniforme indefinidamente, de acordo com o Princípio da Inércia.

02. É correto afirmar que os planetas mantêm seus movimentos orbitais por inércia?

Não, pois o único movimento mantido por inércia é o movimento retilíneo uniforme.

03. Um elevador de um prédio de apartamentos encontra-se, durante certo tempo, sob a ação exclusiva de duas forças opostas: o peso e a tração do cabo, ambas de intensidade igual a 2 000 N. O elevador está parado?

  Como a resultante das forças atuantes é nula, o elevador pode se encontrar tanto em repouso (equilíbrio estático) quanto em movimento retilíneo uniforme (equilíbrio dinâmico), por inércia.

04. Sobre uma mesa horizontal lisa, uma esfera deixa de executar seu movimento circular uniforme e sai tangente à curva, após o rompimento do fio que garantia sua circulação. Qual o tipo de movimento que a esfera realiza após o rompimento do fio? Justifique.

Após estar livre da força de tração do fio, que a obrigava a alterar a direção de sua velocidade, a esfera segue por inércia em movimento retilíneo uniforme.

05. A respeito do conceito da inércia, assinale a frase correta:  

 a) Um ponto material tende a manter sua aceleração por inércia.

 b) Uma partícula pode ter movimento circular e uniforme, por inércia.

 c) O único estado cinemático que pode ser mantido por inércia é o repouso.

 d) Não pode existir movimento perpétuo, sem a presença de uma força.

 e) A velocidade vetorial de uma partícula tende a se manter por inércia; a força é usada para alterar a velocidade e não para mantê-la.   

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