As Leis de Newton são os princípios fundamentais utilizados para analisar o movimento dos corpos. Juntas, elas formam a base da mecânica clássica, sendo essenciais para a compreensão de como as forças influenciam o movimento. Publicadas pela primeira vez em 1687 por Isaac Newton na obra “Princípios Matemáticos da Filosofia Natural”, essas leis revolucionaram a física e a matemática.
Isaac Newton, um dos mais importantes cientistas da história, fez contribuições significativas na física e na matemática. Vamos explorar as três leis de Newton, seus conceitos e algumas aplicações práticas.
Primeira Lei de Newton
A Primeira Lei de Newton, também conhecida como “Lei da Inércia”, estabelece que um corpo em repouso permanecerá em repouso e um corpo em movimento continuará em movimento retilíneo uniforme (MRU) a menos que uma força externa atue sobre ele. Em outras palavras, a inércia é a tendência dos corpos de resistir a alterações em seu estado de movimento.
Exemplos práticos:
- Passageiros em um ônibus: Quando um motorista freia bruscamente, os passageiros são empurrados para frente devido à inércia, uma vez que seus corpos continuam em movimento enquanto o ônibus para.
- Um cavaleiro em um cavalo: Se um cavalo parar abruptamente, o cavaleiro pode ser lançado para frente, evidenciando a inércia em ação.
Essa lei implica que, se a soma das forças que atuam sobre um corpo for nula, ele estará em equilíbrio. Caso contrário, se houver forças resultantes, isso resultará em uma variação na sua velocidade.
Segunda Lei de Newton
A Segunda Lei de Newton é o “Princípio Fundamental da Dinâmica” e afirma que a força resultante (a soma vetorial de todas as forças que atuam sobre um corpo) é diretamente proporcional ao produto da massa do corpo e da sua aceleração. A fórmula que expressa essa relação é:
$$ F = m \cdot a $$
Onde:
- $$ F $$ é a força resultante (em Newtons, N),
- $$ m $$ é a massa do corpo (em quilogramas, kg),
- $$ a $$ é a aceleração (em metros por segundo ao quadrado, m/s²).
Unidades no Sistema Internacional (SI):
- Força (F): Newton (N)
- Massa (m): Quilograma (kg)
- Aceleração (a): Metros por segundo ao quadrado (m/s²)
É importante lembrar que a força é um vetor, o que significa que possui módulo, direção e sentido. Quando várias forças atuam sobre um corpo, elas se somam vetorialmente, e o resultado dessa soma é a força resultante.
Exemplo prático:
Se um carro de massa $$ 1000 \, kg $$ acelera a $$ 2 \, m/s^2 $$, a força resultante que atua sobre ele pode ser calculada como:
$$ F = m \cdot a = 1000 \, kg \cdot 2 \, m/s^2 = 2000 \, N $$
Terceira Lei de Newton
A Terceira Lei de Newton, também conhecida como “Lei da Ação e Reação”, afirma que para toda ação existe uma reação igual e oposta. Isso significa que quando um corpo A exerce uma força sobre um corpo B, o corpo B exerce uma força de mesma intensidade, mas em sentido oposto, sobre o corpo A.
Exemplos práticos:
- Dois patinadores: Quando um patinador empurra o outro, ambos se movem em direções opostas, demonstrando que as forças de ação e reação estão sempre presentes.
- Foguetes: O movimento de um foguete para cima é resultado da ação dos gases expelidos para baixo. A força de ação (gases) gera uma força de reação (movimento do foguete).
Essas forças de ação e reação não se equilibram porque atuam em corpos diferentes.
Resumo das Leis de Newton
- Primeira Lei (Inércia): Um corpo em repouso permanece em repouso e um corpo em movimento permanece em movimento uniforme a menos que uma força externa atue sobre ele.
- Segunda Lei (Dinâmica): A força resultante sobre um corpo é igual ao produto da sua massa pela aceleração ( $$ F = m \cdot a $$ ).
- Terceira Lei (Ação e Reação): Para cada ação, há uma reação igual e oposta.
Exercícios Resolvidos
Para ajudar a entender melhor as Leis de Newton, vamos resolver alguns exercícios.
Exercício 1: UERJ – 2018
Em um experimento, os blocos I e II, de massas iguais a 10 kg e a 6 kg, respectivamente, estão interligados por um fio ideal. Uma força de intensidade $$ F = 64 \, N $$ é aplicada no bloco I. Desconsiderando os atritos entre os blocos e a superfície, determine a razão entre as trações $$ T_A $$ e $$ T_B $$.
Solução: Para encontrar a razão entre as trações, é necessário considerar a força resultante e aplicar as leis de Newton.
Exercício 2: UFRJ – 2002
Um sistema é constituído por fios inextensíveis e duas roldanas, sendo a roldana A móvel e a roldana B fixa. Calcule o valor da massa $$ m_1 $$ para que o sistema permaneça em equilíbrio estático.
Solução: Analisando as forças atuantes no sistema, é possível aplicar a Segunda Lei de Newton para determinar a massa necessária para o equilíbrio.
Exercício 3: UERJ – 2011
Dentro de um avião que se desloca horizontalmente a $$ 1000 \, km/h $$, um passageiro deixa cair um copo. Em qual ponto do piso do avião o copo atinge?
- a) P
- b) Q
- c) R
- d) S
Solução: Como o copo está em movimento com o avião, ele cairá próximo ao ponto em que foi solto. Analisando a trajetória do copo em relação ao movimento do avião, podemos determinar a resposta correta.
As Leis de Newton são fundamentais para a compreensão dos princípios da mecânica. Elas explicam como as forças atuam sobre os corpos e como isso se relaciona com o movimento. Por meio da aplicação dessas leis em exercícios práticos, é possível entender melhor o comportamento dos objetos no nosso cotidiano. Estudar essas leis proporciona uma base sólida para o entendimento da física e suas aplicações em diversas áreas do conhecimento.
