Leis de Newton - Evandro Bastos

Leis de Newton
Evandro Bastos dos Santos
19 de Março de 2017
1
Conceito de força
O conceito dinâmico de força pode ser explicado pelo efeito que ela produz. Aplicando uma
força sobre uma partícula, o efeito dinâmico que ela irá produzir é a aceleração da partícula,
ou seja, a força é a causa que tem, como efeito dinâmico, a aceleração.
Sempre que um corpo apresentar aceleração, haverá uma força responsável por tal aceleração. Quando a força for retirada, a aceleração desaparece. Sabemos que, a aceleração
é uma grandeza vetorial, portanto a força também é uma grandeza vetorial. Essa força é
gerada da interação de um corpo com outro corpo, podendo ser, por exemplo, uma força de
contato, gravitacional, elétrica, entre outras.
2
Primeira lei de Newton: Inércia
“Todo corpo persiste em seu estado de repouso, ou de movimento retilíneo uniforme, a menos que seja compelido a modificar esse estado pela ação de forças impressas sobre ele”. A
Inércia é a tendência natural dos corpos de permanecerem em repouso, ou em movimento
com velocidade constante. No cotidiano encontramos muitos exemplos em que podemos visualizar o princípio da inércia, por exemplo, quando estamos num ônibus ou carro acontece
uma para brusca, o ônibus ou carro freia abruptamente, somos deslocados para a frente,
o que acontece é que, apenas continuamos a nos movimentar por inércia. Por isso a importância do cinto de segurança nos carros, ele evita que, em alguns casos de colisões em
alta velocidade, sejamos arremessados para fora do carro, se o carro estiver numa estrada a
80km/h e para bruscamente, os ocupantes do carro, por inércia, continuarão se movimentando nessa velocidade, a menos que estejam usando cinto de segurança.
3
Segunda lei de Newton: Princípio fundamental da mecânica
Vamos considerar um bloco de 10Kg se movendo sobre uma superfície muito lisa
Se for exercido uma força de 10N sobre esse bloco, perceberemos que a velocidade mudará, ou seja, o bloco terá uma aceleração.
Newton verificou que essa aceleração era proporcional a força aplicada. No nosso exemplo, a força de 10N, provocaria uma aceleração de 1m/s2 .
Da mesma forma, se o bloco fosse com a metade da massa, o bloco teria uma aceleração
de 0, 5m/s2 , havendo também uma proporcionalidade em relação à massa.
Newton então quantificou que a força mudaria a velocidade do movimento e provocaria
uma aceleração ao corpo que podemos equacionar da seguinte forma:
1
Figura 1: Bloco se movendo sobre uma superfície lisa.
Figura 2: Relação força, massa e aceleração
F~ = m~a
(1)
Observe que a força F~ e a aceleração ~a são vetores. Por isso uma outra forma de escrever
essa equação é apenas
F~
= ~a.
m
(2)
Para entender melhor, vamos responder a seguinte pergunta: É mais fácil mover uma
geladeira com 400Kg ou um armário de 200Kg?
Sabemos que mover o armário é muito mais fácil. De maneira mais completa podemos
afirmar que, para uma mesma força F~ , a aceleração do armário será maior que a aceleração
da geladeira. Isso signinfica que a massa possui um papel de dificulta o movimento dos corpos, ou em outras palavras, um corpo com maior inércia é mais difícil de ter seu movimento
alterado. Por isso, comumente chamamos essa massa m de massa inercial.
2
4
Terceira Lei de Newton: Ação e Reação
“Se um corpo A exerce uma força sobre um corpo B, este exerce sobre o corpo A uma força
de mesma intensidade e direção, mas de sentido contrário”
As forças resultam da interação de um corpo com outro corpo. É de se esperar, portanto,
que, se um corpo A exerce uma força sobre um corpo B (chamada de ação), A também experimenta uma força (chamada de reação) que resulta da interação com B. Newton percebeu
não só que isso acontece sempre mas, indo mais longe, especificou as principais características das forças que resultam da interação entre dois corpos. Essa questão foi objeto da
sua terceira lei. Desse modo, Newton se deu conta de três características importantes das
forças de interação entre dois objetos. Em primeiro lugar, uma força nunca aparece sozinha.
Elas aparecem aos pares (uma delas é chamada de ação e a outra, de reação). Em segundo
lugar, é importante observar que cada uma dessas duas forças atua em objetos distintos. Finalmente, essas forças (aos pares) tem a mesma magnitude mas diferem uma da outra pelo
sentido: elas têm sentido oposto uma da outra.
5
Exercícios
1. A respeito do conceito da inércia, assinale a frase correta:
a) Um ponto material tende a manter sua aceleração por inércia.
b) Uma partícula pode ter movimento circular e uniforme, por inércia.
c) O único estado cinemático que pode ser mantido por inércia é o repouso.
d) Não pode existir movimento perpétuo, sem a presença de uma força.
e) A velocidade vetorial de uma partícula tende a se manter por inércia; a força é usada para
alterar a velocidade e não para mantê-la.
2. Numa partícula estão aplicadas apenas duas forças, de intensidades respectivamente
iguais a 6N e 8N. Determine a intensidade da resultante quando as forças:
a) tem a mesma direção e o mesmo sentido
b) tem sentidos contrários
c) são perpendiculares entre si
3. Duas forças possuem intensidades F1= 5N e F2 = 8N. Determine a mínima e a máxima
intensidade da resultante dessas duas forças.
4. Um corpo com massa de 0,6 kg foi empurrado por uma força que lhe comunicou uma
aceleração de 3m/s2 . Qual o valor da força?
5.Um caminhão com massa de 4000 kg está parado diante de um sinal luminoso. Quando
o sinal fica verde, o caminhão parte em movimento acelerado e sua aceleração é de 2m/s2 .
Qual o valor da força aplicada pelo motor?
6. Partindo do repouso, um corpo de massa 3 kg atinge a velocidade de 20 m/s em 5s.
Descubra a força que agiu sobre ele nesse tempo.
7.A velocidade de um corpo de massa 1 kg aumentou de 20 m/s para 40 m/s em 5s.
Qual a força que atuou sobre esse corpo?
8. Uma força de12 N é aplicada em um corpo de massa 2 kg. A) Qual é a aceleração
produzida por essa força? B) Se a velocidade do corpo era 3 m/s quando se iniciou a ação
da força, qual será o seu valor 5 s depois?
9. Sobre um plano horizontal perfeitamente polido está apoiado, em repouso, um corpo
de massa m=2 kg. Uma força horizontal de 20 N, passa a agir sobre o corpo. Qual a velocidade desse corpo após 10 s?
3
10. Um automóvel, a 20 m/s, percorre 50 m até parar, quando freado. Qual a força que
age no automóvel durante a frenagem? Considere a massa do automóvel igual a 1000 kg.
4