As leis de Newton e suas aplicações - Física

INSTITUTO FEDERAL DE
EDUCAÇÃO CIÊNCIA E TECNOLOGIA
PARAÍBA
Campus Princesa Isabel
As leis de Newton
e suas aplicações
Disciplina: Física
Professor: Carlos Alberto
Profº Carlos Alberto
http://www.fisicacomcarlos.blogspot.com
Objetivos de aprendizagem
Ao estudar este capítulo você aprenderá:
✔ O que significa o conceito de força na física e por que as forças são vetores;
✔ O significado da força resultante sobre um objeto e o que acontece quando essa
força é nula;
✔ A relação entre força resultante sobre um objeto, a massa do objeto e sua
aceleração;
✔ Como se relacionam as forças que dois corpos exercem mutuamente.
✔ Como usar a primeira lei de Newton para resolver problemas referentes às
forças que atuam sobre um corpo em equilíbrio;
✔ Como usar a segunda lei de Newton para resolver problemas referentes às
forças que atuam sobre um corpo em aceleração;
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Conceito de Força
“Força é o fruto da interação entre dois ou mais corpos”.
“Inércia consiste na tendência natural que os corpos possuem em manter o
seu estado de movimento ou o seu estado de repouso”.
“O efeito sobre o movimento de um corpo produzido por um número qualquer de forças é
o mesmo efeito produzido por uma força única igual a soma vetorial de todas as forças”.
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As leis de Newton
✔ 1ª Lei de Newton (Lei da inércia)
“Todo corpo continua no estado de repouso ou de
movimento retilíneo uniforme, a menos que seja
obrigado a mudá-lo por forças a ele aplicadas”.
✔ 2ª Lei de Newton (Princípio fundamental da
dinâmica)
Isaac Newton
(1642 - 1727)
No SI, a unidade de força é o newton (N)
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Algumas forças especiais:
As forças trocadas entre os corpos podem ser de contato ou de campo (interação à
distância). Destacamos, a seguir, as orientações (direção e sentido) de algumas dessas
forças que usaremos na Dinâmica.
✔ Força Gravitacional (força Peso)
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Algumas forças especiais:
✔ Força Normal
“A força normal tem direção perpendicular às superfícies de contato e
sentido de empurrar”.
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Algumas forças especiais:
✔ Força de Atrito;
“É paralela à superfície de contato e se opõe ao deslizamento relativo
entre as superfícies”.
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Algumas forças especiais:
Coeficiente de atrito
✔ Força de Atrito;
Caixa em repouso: atrito estático
é igual a força aplicada.
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Caixa se movendo: atrito cinético
é essencialmente constante.
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Algumas forças especiais:
✔ Força de Atrito;
1. Se o corpo não se move, a força de atrito estático e a componente da força aplicada
paralela a superfície se equilibram. Elas têm o mesmo módulo e
tem o sentido
oposto de
2. O módulo de
possui um valor máximo
que é dado por
μs →coeficiente de atrito estático;
3. Se o corpo começa a deslizar ao longo da superfície, o módulo da força de atrito
diminui rapidamente para um valor
dado por
μk →coeficiente de atrito cinético;
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Algumas forças especiais:
✔ Força de Tração (ou Tensão)
Direção do Fio;
Sentido de puxar;
Intensidade que depende da interação.
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Algumas forças especiais:
✔ Força Elástica
(Lei de Hooke)
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As leis de Newton
✔ 3ª Lei de Newton (Ação e Reação)
“Se um corpo A aplicar uma força sobre um corpo B,
receberá deste uma força de mesma intensidade,
mesma direção e sentido oposto à força que aplicou
em B”.
Isaac Newton
(1642 - 1727)
Par ação-reação
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As leis de Newton
✔ 3ª Lei de Newton (Ação e Reação)
✗
Não existe força de ação sem a correspondente reação, ou seja, é impossível
um corpo agir sobre outro e não sofrer a consequente reação;
✗
Forças de ação e reação são simultâneas, ou seja, não existe a possibilidade de
ocorrer uma ação e depois a reação – elas ocorrem no mesmo instante;
✗
É indiferente saber qual das forças é a ação e qual é a reação;
✗
Atuam sempre em corpos diferentes, logo, não se equilibram ou se anulam.
✗
Possuem sempre a mesma direção, mesma intensidade e sentidos contrários;
✗
Têm sempre a mesma natureza (ambas de contato ou ambas de campo), logo,
possuem o mesmo nome (o nome da interação);
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Diagrama de corpo livre
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Resolvendo problemas
✗
1ª Passo: Desenhe os objetos (partículas) de interesse e identifique as
forças atuando sobre eles;
✗
2ª Passo: Desenhar um diagrama do corpo livre mostrando cada uma
dessas forças;
✗
3ª Passo: Escolha um sistema de coordenadas convenientes. Use um
sistema de coordenadas para cada objeto;
✗
4ª Passo: Aplique a segunda lei de Newton na forma de suas componentes;
✗
5ª Passo: Resolva as equações para as incógnitas.
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Exercícios de Aplicação
Exemplo 01:
Um automóvel com massa de 1000 kg, inicialmente em repouso, acelera uniformemente,
atinge a velocidade de 90 km/h (25 m/s) em 12,5 s e, em seguida, mantém essa
velocidade constante durante 20 s.
Determine a força resultante sobre o automóvel nas duas etapas: movimento acelerado
e movimento uniforme.
Exemplo 02:
Um caminhão que se move com velocidade constante de 72 km/h (20 m/s) em uma
trajetória retilínea, transporta em sua carroceria uma caixa de 300 kg de massa. O
motorista aciona os freios durante 10 s e diminui uniformemente a velocidade do
caminhão para 36 km/h (10 m/s). Observa-se que, durante a aplicação dos freios, a
caixa não escorrega na carroceria do caminhão. Em relação ao período de aplicação dos
freios:
a) Faça o diagrama de forças que atuam na caixa;
b) determine o módulo da força resultante na caixa;
c) Determine o valor mínimo do coeficiente de atrito entre a caixa e a carroceria.
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