A FÍSICA EM DESAFIOS

A FÍSICA EM DESAFIOS
DESAFIO 3
O nosso projecto: Porque também achamos a Física divertida, lá conseguimos arranjar
um pouquinho de espaço e tempo, para respondermos ao Desafio 3 proposto. – AS
LEIS de NEWTON.
“As Leis da Natureza jaziam escondidas na noite; Deus disse: Haja Newton! E fez-se
Luz”
Alexander Pope, Epitáfio para Sir Isaac Newton.
Naquela época, séc. XVII e XVIII, segundo a concepção de Newton, “Com
forças e objectos toda a Física se podia explicar”. Ainda hoje as suas famosas leis
explicam tanta coisa que não é exagero afirmar que vivemos com elas quotidianamente:
O ir e vir das marés, os movimentos dos planetas, as trajectórias dos corpos que caem
para a Terra, a razão porque andamos, os arranques e as travagens; na vida animal e
vegetal, como por exemplo no fenómeno da fisiologia respiratória humana, no
transporte de gases através dos pulmões, como descreve o professor Manuel Paiva no
seu livro “Como Respiram Os Astronautas”, e tantas mais aplicações práticas daquelas
leis, constituem factos observacionais do nosso dia a dia.
As três leis Newtonianas enunciam, em termos gerais: que um corpo que se
mova na direcção em que é empurrado, continua a mover-se até que outra força vá agir
sobre ele de forma a reduzir o seu movimento ou a pará-lo; explicam ainda a queda dos
corpos ou do seu equilíbrio, traduzida na Lei da Atracção Universal – todo o objecto “dá
um puxão” em todos os outros, “puxão”, Força que é proporcional à massa de cada um
deles e inversamente proporcional ao quadrado das distância que os separa; e que toda a
acção sobre um corpo implica uma reacção equivalente.
Para descrevermos a realização e ilustração de experiências, onde as três leis
clássicas estejam presentes, recorremos aos conhecimentos adquiridos nas aulas de
Física, a sites da Internet, a videogramas, a alguns livros e às nossas experiências.
Estruturámos o nosso trabalho, apresentando separadamente cada uma das leis,
começando pelo seu enunciado, apresentando as experiências realizadas que nos
pareceram significativas e de vivência quotidiana, explicando o seu significado e
ilustrando-as através de fotos.
1ª LEI
“Todo o corpo contínua em repouso ou em movimento rectilíneo e uniforme
sempre que a resultante das forças que nele actuam for nula.”
Sobre esta lei, já a desenvolvemos no 1º trabalho. Contudo, apresentamos ainda
mais um exemplo.
Um corpo pode considerar-se em repouso ou em movimento dependo do
referencial escolhido, por isso dizemos que o movimento é relativo.
O carrinho da figura está em repouso em relação à mesa, uma vez que nenhuma
força com direcção paralela ao tampo da mesa actua sobre ele. Se o carrinho se
deslocasse com movimento rectilíneo e uniforme, a resultante das forças continuaria a
ser nula.
Não só o movimento é relativo como a trajectória também é relativa: se um
avião voar com uma velocidade constante em relação ao solo e abandonar uma bomba
(desprezando a resistência do ar) o piloto verá a trajectória como uma recta vertical; um
observador em terra (e em repouso) verá a trajectória da bomba como uma parábola.
2ª LEI
“A aceleração que um corpo adquire é directamente proporcional à resultante
das forças que actuam sobre ele e tem a mesma direcção e o sentido da força resultante
(F=m.a).”
A segunda lei de Newton ajuda-nos a compreender o comportamento de um
corpo quando sobre ele actuam varias forças em desequilíbrio. Segundo ela, a
aceleração de um corpo depende de duas variáveis: a resultante das forças que actuam
sobre o corpo e a sua massa. Quando uma força é aplicada em um corpo, este passa a ter
uma aceleração e podemos calculá-la fazendo o produto entre massa e aceleração. Esta
lei é fundamental para diversas aplicações, desde complexos estudos científicos, como o
cálculo do combustível necessário à descolagem de um foguetão (é necessário prever a
massa que este terá com o combustível, assim como a aceleração que obterá quando o
combustível se for consumindo), até situações quotidianas como a aceleração e
travagem de um automóvel.
Movimento do pára-quedista:
Quando um pára-quedista se lança de um avião, sobre ele actuam duas forças
com sentidos opostos: uma que o impele para o solo – a força da gravidade – e uma
outra que se opõe a essa descida – a resistência do ar. Enquanto não se abre o páraquedas, o pára-quedista cai aproximadamente em queda livre (sujeito à força da
gravidade, desprezando as forças resistentes). No entanto, à medida que o pára-quedista
se volta sobre si mesmo até uma posição paralela ao solo, a resistência do ar aumenta
progressivamente.
Após a abertura do pára-quedas, a resistência do ar aumenta na mesma direcção
mas no sentido contrário à força gravítica.
Resistência do ar
Far = Fgrav
Força da gravidade
A partir de certa altura o pára-quedista começa a descer com uma velocidade constante
(movimento uniforme), precisamente na altura em que a aceleração se anula (Fgravidade +
+ Fresistência = 0).
3ª LEI
“Se um corpo exercer uma força sobre outro, o segundo objecto exerce sobre o
primeiro uma força igual e de sentido contrário.” - Princípio da Acção-reacção
De entre tantos exemplos tivemos alguma dificuldade em seleccionar uma
experiência que demonstrasse o princípio da acção-reacção. Por exemplo, chegámos a
ter a ideia de andarmos “aos murros” um ao outro! De facto, o acto de dar um murro em
alguém seria perfeito como demonstração, já que a pessoa que dá o dito murro (acção)
também se magoa (reacção) e quanto maior for a força, mais se magoará . “Perfeito! A
terceira lei fica, assim, completamente explicada!”, pensámos nós. Contudo,
rapidamente a pusemos de lado, uma vez que mesmo todo o nosso amor à ciência não
justificaria os olhos negros que levaríamos para casa…
E então, … “porque não martelar uns quantos pregos numa tábua?” Seria mais
que suficiente para a demonstração em causa e, mesmo envolvendo martelos, julgámos
que seria muito mais pacífico e ortodoxo!
Nesta experiência, a acção é exercida no prego e a reacção no martelo. Forma-se,
assim, um par acção-reacção, constituído por duas forças com o mesmo valor (em
módulo) e direcção, mas com sentidos opostos e ponto de aplicação em cada um dos
respectivos corpos.
Verificámos também que no simples acto de andar ela está lá! Para nos
deslocarmos é necessário que o nosso pé exerça no solo uma acção tangencial à sua
superfície de maneira que o solo nos responda com uma reacção com o sentido do
nosso avanço (é óbvio que isto só acontece se houver atrito).
Reparámos ainda no mais recente envio de astronautas para o espaço. No
lançamento do foguetão, os gases são expelidos para “trás”. É aplicado um impulso nos
referidos gases. Depois, o princípio da acção-reacção faz o resto: os gases exercem no
motor do foguetão uma força simétrica que tem o sentido do movimento.
Os astronautas poderão, assim, cumprir a sua missão de mais 6 meses no espaço
em órbita terrestre. Bem podem ficar a dever a magnífica experiência que irão realizar à
terceira lei de Newton!
Escola Secundária Alves Martins
20 de Abril de 2005
Trabalho realizado por:
António José Sousa de Almeida
Margarida Coimbra
10º ano, turma H
11º ano, turma H