Força e leis de Newton

MECÂNICA TÉCNICA
Técnico em Automação Industrial
Profº Marcos Nascimento
Leis de Newton
Leis de Newton
Forças são as causas das modificações nos
movimentos.
Seu conhecimento nos permite prever o
movimento subsequente de um objeto.
Força e leis de Newton
A interação de um corpo com sua vizinhança é descrita em termos de uma
FORÇA. Assim, uma força representa a ação de empurrar ou puxar em
uma determinada direção.
Uma força pode causar diferentes efeitos
em um corpo como, por exemplo:
a) imprimir movimento
b) cessar um movimento
c) sustentar um corpo
d) deformar outros corpos
Força e leis de Newton
Onde estão as forças?
Gravidade:
As coisas caem porque são atraídas pela
Terra. É a chamada força gravitacional.
Essa força representa uma interação
existente entre a Terra e os objetos que
estão sobre ela.
Sustentação:
Para que as coisas não caiam é
preciso segurá-las.
Na figura ao lado, por exemplo, a
mesa sustenta um objeto. Em geral
essa força é conhecida como força
normal.
P
-P
Força e leis de Newton
Sustentação....
Nesta figura um conjunto de
fios sustenta um bloco. Forças
exercidas
por
fios
são
denominadas
forças
de
tração.
Para manter a mola esticada,
você precisa exercer uma força
sobre ela. No entanto, a mola
também exerce uma força
sobre você. A força exercida
por uma mola é denominada
força elástica.
Força e leis de Newton
Na água:
A água também pode sustentar coisas,
impedindo que elas afundem. Essa interação
da água com os objetos se dá no sentido
oposto ao da gravidade e é medida através de
uma força que chamamos de empuxo
hidrostático. É por isso que nos sentimos mais
leves quando estamos dentro da água.
No ar:
Para se manter no ar o pássaro bate asas e
consegue com que o ar exerça uma força para
cima, suficientemente grande para vencer a
força da gravidade. Da mesma forma, o
movimento dos aviões e o formato especial de
suas asas acaba por criar uma força de
sustentação. Essas forças também podem ser
chamadas de empuxo. Porém, trata-se de um
empuxo dinâmico, ou seja, que depende de
um movimento para existir.
Força e leis de Newton
Forças são grandezas vetoriais, possuem
módulo,
direção
e
sentido.
São
representadas por vetores.
A unidade de medida de força no SI é o
Newton [N].
Para se ter uma idéia, um Newton (1 N) é
força necessária para erguer uma xícara de
café (100 ml).
100 N é, aproximadamente, a força necessária
para erguer dois pacotes de arroz de 5 Kg
cada.
Força e leis de Newton
Como medir uma força?
Corpos elásticos se deformam sob
ação de
forças de contato.
Podemos medir o efeito de uma
força aplicada a um corpo pela
distensão que ela produz numa
mola presa ao corpo.
Os
dinamômetros
baseiam-se neste
princípio.
Leis do Movimento
Primeira lei de Newton:
Considere um corpo sobre o qual não atua nenhuma força resultante.
Se o corpo estiver em repouso ele permanecerá em repouso. Se o
corpo estiver em movimento com velocidade constante, ele
permanecerá com esse movimento.
F1
m
F2
Lembrando que, até o início do século XVII, pensava-se que para se
manter um corpo em movimento era necessária uma força atuando
sobre ele.
Essa idéia foi combatida por Galileu e depois reafirmada por Newton:
"Na ausência de uma força, um objeto continuará se movendo em
linha reta e com velocidade constante“.
1ªLei de Newton
A 1ª lei de Newton também é chamada de lei da INÉRCIA
Galileu chamou de INÉRCIA a tendência que os corpos apresentam
de resistir à uma mudança em sua VELOCIDADE. Alguns anos mais
tarde, Newton refinou a idéia de Galileu e enunciou sua primeira lei.
No caso do REPOUSO:
1ª Lei de Newton
Exemplo:
Quando um trem do metrô arranca para iniciar seu movimento, as
pessoas que estão em repouso tendem a ficar em repouso, sendo
então impelidas para trás, quando o trem parte.
v
trem
A massa dos corpos tem alguma relação com a INÉRCIA?
1ª Lei de Newton
Quanto maior a massa de um corpo maior a sua INÉRCIA, ou seja,
maior é sua tendência de permanecer em REPOUSO.... ou em
MOVIMENTO RETILÍNEO UNIFORME.
Portanto, a massa é uma propriedade intrínseca de um corpo,a
qual mede sua resistência à variação de velocidade, ou
aceleração.
OBS: a massa de um corpo é independente do processo de
medição. É uma grandeza escalar, cuja unidade no S.I. é o
quilograma [Kg].
2ª Lei de Newton
Segunda lei de Newton (Lei Fundamental da Dinâmica):
A força resultante que atua sobre um corpo é igual ao produto da sua
massa pela aceleração com a qual ele irá se movimentar.
FR = m a
Exemplo:
Sejam F1, F2 e F3 as forças que atuam sobre um corpo de massa m.
A resultante FR será a soma vetorial das forças que atuam nesse
corpo, logo:
FR = m a
FR = F1 + F2 + F3
Fx = m ax
Fy = m ay
Fz = m az
2ª Lei de Newton
O que nos diz a segunda lei de Newton?
FR = m a
Todo corpo necessita da ação de uma força para iniciar um
movimento (sair do repouso) ou para que seu movimento seja
alterado (variação da velocidade – aceleração);
Quanto maior a massa de um objeto, maior a força necessária para
alterar seu estado (tirá-lo do repouso ou alterar sua velocidade);
Quanto maior a variação de velocidade (aceleração) que se deseja
imprimir a um corpo, maior a força necessária para isso;
A aceleração adquirida por um objeto tem SEMPRE a mesma direção
e sentido da força resultante que atua no objeto.
2ª Lei de Newton
Exemplos da 2º Lei de Newton
• Por exemplo, se um bloco escorrega, descendo um plano inclinado com
atrito, teremos o seguinte diagrama de corpo livre para o bloco:
A aceleração adquirida por um corpo é
diretamente proporcional à intensidade
da resultante das forças que atuam
sobre o corpo, tem direção e sentido
dessa força resultante e é inversamente
proporcional à sua massa.
3ª Lei de Newton
Terceira lei de Newton:
Quando um corpo exerce uma força sobre outro, o segundo corpo
exerce uma força sobre o primeiro.
As forças que compõem esse par (ação – reação) são sempre iguais
em intensidade e opostas em sentido. Em outras palavras, “a toda
ação corresponde uma reação de mesma intensidade e sentido
oposto”.
Exemplos: força gravitacional
FCT
FTC
F21
F12
3ª Lei de Newton
Propriedades do par ação – reação
1) Estão associadas a uma única interação, ou seja,
correspondem SEMPRE às forças trocadas entre apenas dois
corpos;
2) O par de forças SEMPRE apresenta mesma direção, mesma
intensidade e sentidos opostos;
3) O par de forças NUNCA atua no mesmo corpo. Como as
forças atuam em corpos diferentes, NUNCA se anulam.
4) As forças do par têm SEMPRE a mesma natureza (ambas de
contato ou ambas de campo)
3ª Lei de Newton
Forças de contato
Forças de campo
3ª Lei de Newton
• Sobre a força NORMAL:
É importante ressaltar que A FORÇA NORMAL NÃO É UMA
REAÇÃO AO PESO !!!!
A força normal é a força que uma superfície exerce sobre um
corpo que a está comprimindo e é sempre perpendicular à
superfície de apoio.
BIBLIOGRAFIA
S. Melconian, Mecância técnica e resistência
dos materiais, SP, Érica, 2007.
C.S. Calçada, J.L. Sampaio, Física Clássica:
Dinâmica e Estática, SP, Atual, 2004.
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D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, Fundamentos
de Física – Mecânica, RJ, LTC, 2006.