As leis de Newton

Ciências da Natureza e suas
Tecnologias - Ciências
Ensino Fundamental, 9º Ano
As leis de Newton
CIÊNCIAS, 9º ANO do Ensino Fundamental
As Leis de Newton
Vamos começar esse estudo fazendo
algumas perguntas ...
1. Por que, quando um ônibus freia ou acelera, somos
“empurrados” para frente ou para trás?
2. Por que precisamos utilizar o cinto de segurança
quando estamos no carro?
3. Como é possível retirar um papel debaixo de uma
garrafa sem tirá-la do lugar?
4. Por que não é possível uma pessoa se erguer puxando
o seu próprio cabelo?
Mas antes de responder, precisaremos conhecer alguns
conceitos fundamentais da Física ...
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As Leis de Newton
As Leis de Newton
As Leis de Newton são Leis
que determinam como a ação das
Forças influenciam no estado de
movimento dos corpos.
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s/tirinhas/images/tira241.gif
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Isaac Newton
Nascido em 1642, mesmo ano
da morte do Físico Galileu Galilei, em
Woolsthorpe, Lincolnshire, localizada
na Inglaterra. Além de Física e
Matemática, ele estudou Filosofia,
Astronomia,
Astrologia,
Alquimia,
Teologia, entre outras Ciências.
Imagem: Isaac Newton / Jan Arkesteijn / Domínio
Público
Trouxe
grande
contribuição
para
a
humanidade com seu estudo nas mais diversas
áreas da Ciência, principalmente em Física e
Matemática.
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Dentre os muitos trabalhos que Isaac Newton elaborou, podemos citar:
1. O desenvolvimento da
Lei
da
Gravitação
Universal
Imagem: LadyofHats / Creative Commons CC0
1.0 Universal Public Domain Dedication
2. O estudo sobre os 3. A
criação
e
o
Fenômenos
Ópticos
desenvolvimento dos
que possibilitaram a
Cálculos Diferencial
elaboração da teoria
e Integral
sobre
a
cor
dos
corpos
Imagem: Suidroot / GNU Free
Documentation License
Imagem: KSmrq / GNU Free
Documentation License
4. O Binômio de Newton
5. O estudo das Leis dos movimentos (As Leis de
Newton - as quais estudaremos agora)
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Força
Imagem: Senior Airman Brett Clashman, U.S. Air
Force / Domínio Público
Imagem: Azreey / GNU Free Documentation
License
Imagem: GeorgeStepanek / GNU Free
Documentation License
Qualquer agente capaz de produzir
num corpo uma aceleração e/ou uma
deformação.
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Onde estão as Forças?
Elas estão presentes em
todas as situações cotidianas.
Até mesmo onde você nem
imagina. Sempre há um tipo de
força envolvida num fenômeno.
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Dinamômetro
Imagem: Briain / Domínio Público
Imagem: Tano4595 / GNU Free Documentation License
Instrumento utilizado para medir
força.
Imagem: Tucker T / Creative Commons CC0 1.0 Universal
Public Domain Dedication
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Forças Fundamentais da Natureza
Na Natureza, existem apenas quatro tipos de
forças, listadas abaixo em ordem decrescente de
intensidade.
1. Força Nuclear Forte: Força responsável
por manter o núcleo do átomo coeso.
2. Força Nuclear Fraca: Força
(separa, reparte) as partículas.
que
cinde
3. Força Eletromagnética: Força de interação
entre partículas que possuem carga elétrica.
4. Força Gravitacional: Força de interação entre
corpos que possuem massa.
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Classificação das Forças
Creative
/
Imagem: Ryan Child / U.S. Navy / Domínio Público
Imagem: imagesbywestfall
Attribution 2.0 Generic
Imagem: Oleg Alexandrov / Domínio Público
Commons
Forças de Contato: São forças que surgem no
contato de dois corpos.
Ex.: Quando puxamos/empurramos um corpo.
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Classificação das Forças
Forças de Campo: São forças que atuam a
distância, dispensando o contato.
Imagem: Steve Jurvetson / Creative Commons Attribution
2.0 Generic
Imagem: StarryTG / NASA / Domínio Público
Ex.: Ímã e um metal; o satélite e a Terra.
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Imagem: Isaac Newton / Jan Arkesteijn / Domínio
Público
As Leis da Dinâmica
Imagem: Aushulz / Creative Commons Atribuição-Partilha nos Termos da Mesma
Licença 2.0 Genérica
Sir Isaac Newton 1642 – 1727
Principia Mathematica Philosophiae Naturalis.
12
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“Todo corpo continua
em seu estado de repouso
ou de movimento uniforme
em uma linha reta, a
menos que ele seja forçado
a mudar aquele estado por
forças imprimidas sobre
ele”.
(Isaac Newton - Principia)
Imagem: NASA / Domínio Público
1ª Lei de Newton:
LEI DA INÉRCIA
Segundo Aristóteles, o
movimento de um corpo não é
um estado natural. Para que ele
ocorra, é necessária a ação de
uma força.
Aristóteles (384 a.C. – 322 a.C.)
Segundo Galileu, inércia
consiste na tendência natural
que os corpos possuem em
manter velocidade constante.
Imagem: Justus Sustermans (1597–1681) /
Domínio Público
Imagem: Sting / Creative Commons - Atribuição Partilha nos Mesmos Termos 2.5 Genérica
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Galileu (1564 d.C. – 1642 d.C.)
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Inércia
A INÉRCIA consiste na tendência natural que os corpos
possuem em manter sua velocidade constante (Manter o seu estado
de equilíbrio – Repouso ou M.R.U.).
http://www.monica.com.br/comics/tirin
has/images/tira91.gif
A grandeza física que mede a quantidade de inércia de um
corpo se chama MASSA.
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Observe as tirinhas a seguir ...
http://www.cepa.if.usp.br/efisica/imagens/mecanica/universitario/cap10/garfieldin3.jpg
http://t0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcTwwETFTTZT4
Z3wueTMPY49yqIVeZ9HsEQqsEJrxqq2T7VtJAC2
http://www.cepa.if.usp.br/efisica/imagens/mecanica/universitario/cap10/garfieldin4.jpg
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Algumas situações em que a Lei da Inércia aparece
Imagem: BrokenSphere / GNU Free Documentation License
Imagem: Munsterbusiness.ie / Creative Commons Attribution 3.0 Unported
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Imagem: Gerdbrendel / GNU Free Documentation License
A importância do cinto
de segurança
Num
choque
frontal,
os
ocupantes de um carro, por causa da
Inércia, tendem a continuar em
movimento, em relação à pista e
podem, eventualmente, se chocar
contra o para-brisa, o volante. O cinto
de segurança tem a finalidade de,
nessas situações, aplicar força ao
corpo do passageiro, diminuindo a
sua velocidade.
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De acordo com a Lei da Inércia...
Força é o agente que altera a velocidade
do corpo, vencendo assim a tendência
natural de manter seu estado de
equilíbrio (INÉRCIA).
 
 repouso

FR  0  v  constante 
ou MRU
Todo corpo em equilíbrio mantém, por inércia, sua velocidade constante.
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Referenciais Inerciais
A primeira lei de Newton não faz distinção entre um corpo
estar em repouso ou em movimento uniforme (velocidade constante).
O fato de o corpo estar em um ou em outro estado depende do
referencial (sistema de coordenadas) em que o corpo é observado.
Em relação a
mim, o pacote está em
repouso,
pois
suas
coordenadas permanecem
constantes em relação ao
referencial. Assim, segundo
a 1ª lei de Newton, ele tende
a permanecer em repouso, a
não ser que alguma força
atue e modifique seu estado.

V const.
Ei! Aquele pacote que está em
cima da mesa está em movimento, pois
suas coordenadas estão mudando em
relação a esse referencial adotado.
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Como você explicaria o fenômeno a seguir?

V const.
Referenciais com
aceleração são chamados
de não inerciais. AS LEIS
DE NEWTON SÓ VALEM EM
REFERENCIAIS INERCIAIS,
ou seja, referenciais com
velocidade constante.
Há algo estranho! Se o
corpo estava em repouso em
relação ao meu referencial, ele só
poderia mudar de estado se uma
força agisse sobre ele. Ele mudou
de estado e eu não sei que força
atuou pois não vi nenhum agente.
Assim, nesse referencial, a 1ª lei
de Newton não é observada.
Imagem: SoylentGreen / GNU Free Documentation
License
O fato se explica
baseado na 1ª lei de Newton: o
corpo já estava em movimento,
a tendência é manter o seu
estado já que a força foi
aplicada no trem e não no
pacote. Assim, seu estado deve
permanecer.
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Referencial Inercial
Imagem: Smiley.toerist
Documentation License
/
GNU
Free
1. O referencial só é considerado INERCIAL se
estiver em EQUILÍBRIO, ou seja, não possuir
aceleração, quer dizer, ou está em repouso
ou em movimento retilíneo uniforme (MRU).
2. As Leis de Newton somente são
válidas para referenciais inerciais!
3. Quando os movimentos tiverem grande duração
e se exigir precisão, adotar-se-á como
referencial inercial o "referencial estelar", que se
utiliza de estrelas cujas posições têm sido
consideradas invariáveis durante anos de
observação (“estrelas fixas no céu”).
Imagem: G. Hüdepohl/ESO / European Southern
Observatory / Creative Commons Attribution 3.0
Unported
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Atenção
Consideremos
situação.
a
seguinte
Se nos pusermos em
cima de uma balança dentro
de um elevador subindo, os
nossos pés exercerão uma
pressão maior sobre a
balança – esta registrará um
peso superior ao medido com
a balança no chão (figura a,
ao lado). No entanto, o
mesmo aconteceria se, de
alguma forma, a gravidade
se tornasse mais forte num
elevador parado.
Num
elevador
descendo
acelerado, sentiremos a gravidade mais
fraca (figura b, abaixo).
Imagem: Peregrine981 / GNU Free Documentation License.
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Imponderabilidade
Imagem: NASA / Domínio Público
Imagem: NASA / Domínio Público
Numa conferência em Kyoto em
1922, Einstein descreveu um momento de
inspiração que teve em 1907: “Encontravame sentado no gabinete de patentes em
Berna, quando, de repente, me ocorreu um
pensamento: se uma pessoa cair
livremente, não sentirá o seu próprio
peso. Fiquei surpreso. Esse simples
pensamento causou-me uma profunda
impressão. Levou-me a elaborar a teoria da
gravitação.”
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2ª Lei de Newton:
“Princípio Fundamental da Dinâmica”
“A mudança do estado de movimento de um corpo é
proporcional à força motora imprimida, e é produzida na
direção da linha reta na qual aquela força foi imprimida”
(Isaac Newton - Principia)


FR  m.a
F= 1N
m=1kg
a= 1 m/s²
Imagem: Ryan Child / U.S. Navy / Domínio Público
A força de 1N aplicada em um corpo de 1kg provoca aceleração de 1m/s²
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Percebemos que Massa e Aceleração são grandezas
inversamente proporcionais
A força que a mão
exerce acelera a
caixa
A força que a mão
exerce acelera a
caixa
Duas vezes a força
produz uma
aceleração duas
vezes maior
A mesma força
sobre uma massa
duas vezes maior
causa metade da
aceleração
Duas vezes a força
sobre uma massa
duas vezes maior
produz a mesma
aceleração original
Sobre uma massa
três vezes maior,
causa um terço da
aceleração original
26
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3ª Lei de Newton:
LEI DA AÇÃO E REAÇÃO
“A toda ação há sempre oposta uma reação igual, ou, as
ações mútuas de dois corpos um sobre o outro são
sempre iguais e dirigidas a partes opostas”.
(Isaac Newton - Principia)
Observações:
1. O par ação/reação nunca se
equilibra, pois as forças
atuam em corpos diferentes.
2.
O
par
aparece
instantaneamente,
então
qualquer uma das forças
pode ser ação ou reação.


F AB   FBA
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Alguns exemplos de Ação e Reação
Imagem: Danielle / GNU Free Documentation License
Imagem: Andre Engels / Creative Commons
Attribution 2.0 Generic
Imagem: Nasser Akabab / GNU Free
Documentation License
Um
patinador
encostado a uma parede
ganha impulso, isto é, ele
se acelera ao "empurrar"
uma parede com as mãos.
O resultado da reação da
Imagem: Jacinta Quesada / Domínio Público
parede é uma força que o
Ao empurrarmos um carro
habilita
a
qualquer
colocando-o em movimento, aplicamos
aceleração.
Ao chutarmos uma
bola, os nossos pés
aplicam uma força sobre
ela. A força de reação da
bola age sobre o pé do
jogador. O pé experimenta
um movimento de recuo.
Experimente chutar uma
bola leve e outra pesada,
para comparar a reação da
bola sobre o seu pé.
uma força sobre ele. A força de reação
do carro está no sentido oposto ao da
força aplicada.
Imagem: Rulesfan / Domínio Público
Imagem: icegianna / Domínio Público
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Os motoristas usam um
pequeno martelo de madeira para testar
a pressão dos pneus do caminhão. Ao
batermos no pneu, exercemos uma
força sobre este. A força de reação do
pneu faz o martelo inverter o sentido do
movimento. O motorista sente o retorno
e sabe quando o pneu está bom.
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As
tirinhas
abaixo
mostram
situações bem interessantes sobre a
3ª Lei de Newton. Analise-as e
comente sua veracidade.
http://aprendafisica.hdfree.co
m.br/leisde5.jpg
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Vamos
Exercitar?
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Exemplo 01
Na pesagem de um caminhão, no posto
fiscal de uma estrada, são utilizadas três balanças.
Sobre cada balança são posicionadas todas as
rodas de um mesmo eixo. As balanças indicaram
30000N, 20000N, e 10000N
N3
N1
N2
Resolução
Como o caminhão
está em repouso, a
força resultante que
atua sobre ele é nula.
P  N1  N 2  N3
A partir desse procedimento é
possível concluir que o peso do
caminhão é de:
A)
B)
C)
D)
E)
20.000 N
25.000 N
30.000 N
50.000 N
60.000 N
P  10.000  20.000  30.000
P  60.000N
P
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Exemplo 02
Resolução
Unifesp
Suponha que um comerciante inescrupuloso
aumente o valor assinalado pela sua balança,
empurrando sorrateiramente o prato para baixo com
uma força F de módulo 5,0 N, na direção e sentido
indicados na figura.
Com essa prática, ele
consegue fazer uma mercadoria
de massa 1,5 kg medir por essa
balança como se tivesse massa
de:
Dados: sem 37° = 0,60
Cos 37° = 0,80
G = 10m/s2
a) 3,0 kg
d) 1,8 kg
b) 2,4 kg
e) 1,7 kg
c) 2,1 kg
F
88.88
Fazendo a decomposição
da força, temos que:
FY
37°
F
37°
FX
A força FX é a única que
pode contribuir para alterar
a leitura da balança. Vamos
calcular o valor de FX.
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sen37 
FX
F
𝐹𝑥 = 5,0 ∙ 0,6
FX  F  sen37
𝐹𝑥 = 3,0 𝑁
𝑃𝐴𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 = 15 + 3,0 = 18 N
Para um peso aparente de 18 N e uma
aceleração da gravidade de 10 m/s2, a
massa aparente registrada na balança
será:
𝑃𝐴𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 = 𝑚𝐴𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 . 𝑔
A leitura da balança será influenciada pela
ação da força peso P da mercadoria e da
força FX, pois ambas atuam na vertical
para baixo. É claro que essa duas forças
darão origem a um peso aparente.
PAparente  P  FX
𝑃𝐴𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 = 𝑚. 𝑔 + 𝐹𝑥
𝑃𝐴𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 = 1,5 ∙ 10 + 3,0
18  mAparente 10
𝑚𝐴𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒
18
=
10
𝑚𝐴𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 = 1,8 𝑘𝑔
Resposta: LETRA D
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Exemplo 03
Uma pessoa idosa de 68 kg, ao se pesar, o faz
apoiada em sua bengala.
Com a pessoa em repouso, a leitura da
balança é de 650 N.
Considere g=10m/s²
a) Calcule o módulo da força que a balança
exerce sobre a pessoa e determine sua
direção e seu sentido
b) Supondo que a força exercida pela bengala
sobre a pessoa seja vertical, calcule o seu
módulo e determine seu sentido
a) A leitura da balança, 650N, é o valor da força
normal que ela exerce sobre o idoso. A direção é
vertical e o sentido é para cima.
b) O peso do idoso pode ser
calculado pela relação:
P  m g
P  68 10
P  680N
Parte da força que o idoso
exerce sobre a balança é
aliviada pelo apoio exercido
pela bengala no chão. O
módulo da força que a bengala
exerce sobre o idoso pode ser
calculado da seguinte forma:
P  N  Fbengala
680  650  Fbengala
Fbengala  30 N
Vertical para cima
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Extras
EXTRAS
VÍDEO DO YOUTUBE
ISAAC NEWTON - O MAIOR GÊNIO DA HISTÓRIA
Link: http://www.youtube.com/watch?v=LWMOzNQl268&feature=related
SIMULAÇÃO
Simulações on-line no ensino da Física
Link: http://nautilus.fis.uc.pt/personal/antoniojm/applets_pagina/dinamica.htm
LABORATÓRIO VIRTUAL
Feira de Ciências
Link: http://www.feiradeciencias.com.br
EXPERIÊNCIAS/ EXPERIMENTOS
Inércia (Deixe-me estar como estou)
Link: http://www.feiradeciencias.com.br/sala05/05_01.asp
INTERAÇÃO ENTRE CORPOS (Ação e reação)
Link: http://www.feiradeciencias.com.br/sala05/05_03.asp
Modelo de Foguete (3ª lei de Newton, Quantidade de movimento e Impulso)
Link: http://www.feiradeciencias.com.br/sala05/05_04.asp
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As Leis de Newton
Bibliografia
• BENIGNO, Barreto Filho; XAVIER, Cláudio da Silva. Física aula por aula. 1. ed.
São Paulo: Editora FTD, 2010. vol. 01
• GASPAR, Alberto. Compreendendo a Física. São Paulo: Editora Ática, 2011. Vol.
01.
• GUALTER; HELOU; NEWTON. Física. Vol. 01. São Paulo: Editora Saraiva, 2011.
• MÁXIMO, Antônio; ALVARENGA, Beatriz. Curso de Física. 1. ed. São Paulo:
Editora Scipione, 2011. vol. 01.
• <http://educar.sc.usp.br> Acesso em 25/05/2012.
• <http://pt.wikipedia.org> Acesso em 25/05/2012.
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Tabela de Imagens
n° do
slide
4
5a
5b
5c
6a
6b
6c
8a
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direito da imagem como está ao lado da
foto
Isaac Newton / Jan Arkesteijn / Domínio
Público
LadyofHats / Creative Commons CC0 1.0
Universal Public Domain Dedication
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on.png
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Tabela
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KSmrq / GNU Free Documentation License gral_example.svg&page=1
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ov_News_Photo_101216-F-5985C-145__U.S._Air_Force_Staff_Sgt._Bobbie_Ohm_walks_wi
th_Nero_a_working_military_dog_to_search_for_e
Senior Airman Brett Clashman, U.S. Air Force xplosives_during_a_joint_explosive_detection_trai
/ Domínio Público
ning.jpg
http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Crashed_Hon
Azreey / GNU Free Documentation License da_Accord.jpg
GeorgeStepanek / GNU Free Documentation http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:TwoDumbbell
License
s.JPG
Tano4595 / GNU Free Documentation
http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Dinam%C3%B
License
3metro.jpg
Briain / Domínio Público
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Weeghaak.JPG
Data do
Acesso
15/10/2012
15/10/2012
15/10/2012
15/10/2012
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Tabela de Imagens
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10a Oleg Alexandrov / Domínio Público
10b Ryan Child / U.S. Navy / Domínio Público
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10c Attribution 2.0 Generic
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11a Attribution 2.0 Generic
11b StarryTG / NASA / Domínio Público
Isaac Newton / Jan Arkesteijn / Domínio
12a Público
Aushulz / Creative Commons AtribuiçãoPartilha nos Termos da Mesma Licença 2.0
12b Genérica
13
NASA / Domínio Público
Sting / Creative Commons - Atribuição 14a Partilha nos Mesmos Termos 2.5 Genérica
link do site onde se conseguiu a informação
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Spiral_Balancer_0
01.JPG
http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Simple_harm
onic_oscillator.gif
http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Tug_of_war_2
.jpg
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Weight_lif
ting_black_and_white.jpg
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_in_magnetic_field.jpg
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th_Comparison.png
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on.png
Data do
Acesso
15/10/2012
15/10/2012
15/10/2012
15/10/2012
15/10/2012
15/10/2012
15/10/2012
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rincipia.jpg?uselang=pt-br
15/10/2012
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Tabela de Imagens
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14b
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17b
18
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22a
22b
23
direito da imagem como está ao lado da
foto
Justus Sustermans (1597–1681) / Domínio
Público
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SoylentGreen / GNU Free Documentation
License
Smiley.toerist / GNU Free Documentation
License
G. Hüdepohl/ESO / European Southern
Observatory / Creative Commons
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Peregrine981 / GNU Free Documentation
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24b NASA / Domínio Público
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6_Drag.JPG
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Seatbelt.j
pg
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Blender3D
_NormalWalkCycle.gif
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:FEVE_Vale
ncia_15.jpg
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:The_VLT%
C2%B4s_Laser_Guide_Star.jpg
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:240_Spark
s_Elevators.jpg
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Astronaut
-EVA.jpg
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Weightles
s_astronauts_eating.jpg
Data do
Acesso
15/10/2012
15/10/2012
06/11/2012
15/10/2012
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CIÊNCIAS, 9º ANO do Ensino Fundamental
As Leis de Newton
Tabela de Imagens
n° do
slide
25b
28a
28b
28c
29a
29b
29c
direito da imagem como está ao lado da
foto
link do site onde se conseguiu a informação
http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Tug_of_war_2
Ryan Child / U.S. Navy / Domínio Público
.jpg
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:ROW_sikk
Danielle / GNU Free Documentation License erhed02.jpg
Andre Engels / Creative Commons
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cannon.jp
Attribution 2.0 Generic
g
Nasser Akabab / GNU Free Documentation http://commons.wikimedia.org/wiki/File:FlyingLicense
birds.jpg
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kontogeor
icegianna / Domínio Público
gakopoulou.jpg
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:FEMA__37218__Resident_pushing_a_car_through_flood_waters_i
Jacinta Quesada / Domínio Público
n_Texas.jpg
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Rulesfan / Domínio Público
anny_matata_kicking.jpg
Data do
Acesso
15/10/2012
15/10/2012
15/10/2012
15/10/2012
15/10/2012
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15/10/2012