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Leis de Newton

A dinâmica, ou o estudo da causa dos movimentos

No estudo do movimento, a cinemática, propõe-se descrevê-lo sem se preocupar com as suas causas. Quando nos preocupamos com as causas do movimento, estamos entrando em uma área da mecânica conhecida como dinâmica.

Da dinâmica, temos três leis em que todo o estudo do movimento pode ser resumido, essas leis são conhecidas como as leis de Newton e são as seguintes:

Primeira lei de Newton

A lei da inércia.

Segunda lei de Newton

O princípio fundamental da dinâmica

Terceira lei de Newton

A lei da ação e reação.

Cada lei está fundamentada para uma determinada situação. Por exemplo, a Primeira lei de Newton descreve o que ocorre com os corpos que estão em equilíbrio, a Segunda lei explica o que ocorre quando não há o equilíbrio e a Terceira lei mostra como é o comportamento das forças quando temos dois corpos interagindo entre si.

Para o entendimento dessas leis, primeiramente, é necessário conhecer alguns conceitos físicos muito importantes, como força e equilíbrio.

O conceito de força

Quando se estuda física por gosto ou porque você precisa tirar nota no colégio, é de fundamental importância perceber que muito do que lhe ensinam está ocorrendo a sua volta. Observe a sua situação nesse exato momento, provavelmente você está sentado em uma cadeira lendo esse texto. Sem que perceba você está constantemente interagindo com outros objetos que estão a sua volta, como a cadeira, e por isso pode se dizer que você está exercendo e recebendo forças, pois força é fruto da interação entre os corpos.

Essa interação pode ocorrer com o contato entre os corpos, como ocorre com a força de atrito, quando isso acontece temos uma força conhecida como força de contato. Também podem ocorrer interações à distância, como a força de gravidade, e essas forças são conhecidas como forças de campo.

Equilíbrio

Voltando a sua atual situação, ou seja, sentado em uma cadeira lendo esse texto. Nesse momento existem forças agindo sobre você: elas vem da cadeira, do chão e de algum outro objeto em que esteja encostado. Observe que mesmo com a existência delas, você continua parado e isso ocorre porque elas estão se cancelando, então podemos dizer que você se encontra em equilíbrio.

O repouso não é a única situação de equilíbrio possível, existe outra de não tão fácil aceitação. Imagine você de pé em um ônibus em movimento, nessa situação existem três casos que podem ocasionar uma queda sua. Quando o ônibus acelera, quando ele freia e quando ele faz uma curva, mas existe um caso que mesmo ele estando em movimento não haverá perigo nenhum de você cair.

Isso acontece quando o ônibus executa um movimento retilíneo e uniforme, em outras palavras, quando ele se movimenta em linha reta e com velocidade constante. Nesse caso mesmo com o ônibus em movimento, podemos dizer que ele está em equilíbrio.

Os dois casos exemplificados anteriormente ilustram situações de corpos em equilíbrio. O primeiro mostra o equilíbrio dos corpos em repouso que é conhecido como equilíbrio estático, o segundo mostra o equilíbrio dos corpos em movimento que é conhecido como equilíbrio dinâmico, mas nos dois casos temos algo em comum que define a situação de equilíbrio, e esse algo em comum é o fato de que todas as forças que estão atuando estarem se anulando, então:

O equilíbrio ocorre em toda a situação em que as forças atuantes em determinado corpo se cancelam.

A Primeira lei de Newton - a lei da inércia.

Na natureza todos os corpos apresentam certa resistência a alterações no seu estado de equilíbrio, seja ele estático ou dinâmico. Imagine duas bolas no chão, uma de vôlei e uma de boliche, e elas serão chutadas. É claro que a bola de vôlei será chutada sem o menor receio, mas com a de boliche será necessário um maior cuidado, pois ela apresenta uma maior resistência para sair do lugar, ou seja, maior tendência em se manter em equilíbrio, ou ainda, apresenta uma maior inércia.

Define-se inércia como uma resistência natural dos corpos a alterações no estado de equilíbrio.

A Primeira lei de Newton trata dos casos dos corpos em equilíbrio e pode ser enunciada da seguinte forma:

Quando as forças atuantes em um corpo se anulam, ele pode permanecer por inércia em repouso ou em movimento retilíneo e uniforme.

Existe um grande número de exemplos que comprovam a validade dessa lei. Observe algum objeto em repouso a sua volta. Esse objeto está em equilíbrio estático e por isso ele tende a essa situação indefinidamente.

No caso dos corpos em movimento, podemos considerar como exemplo a obrigatoriedade dos cintos de segurança nos automóveis. Imagine você em um carro em movimento que, por algum motivo, freia bruscamente. Você, sem que nada possa fazer para impedir, é lançado para frente. Para entender porque isso acontece, primeiro temos que observar que a lei da inércia nos ensina que o corpo em movimento tende ao movimento retilíneo e uniforme.

Quando o carro está em movimento, você está em movimento junto com ele e quando ele freia você tende a continuar em movimento. Por isso, é necessário o uso do cinto de segurança para evitar uma batida, algumas vezes violenta, contra o para brisa do carro.

Força Resultante

No nosso cotidiano, é praticamente impossível encontrarmos um corpo em que não existam forças atuando sobre ele. Só o fato de vivermos na Terra já nos obriga a estarmos submetidos à força da gravidade. A verdade é que no nosso dia-a-dia, os corpos que nos rodeiam, assim como nós mesmos, estamos submetidos a varias forças.

Essas forças inúmeras vezes se cancelam, como se disse no caso do equilíbrio, assim como muitas vezes elas não se anulam e, quando isso ocorre, o resultado dessas forças é definido como força resultante.

A determinação de uma força resultante não é algo simples, pois quando tratamos de força é preciso lembrar que ela é uma grandeza vetorial, ou seja, para definir uma força é preciso de uma intensidade, uma direção e um sentido. O fato de a força ser uma grandeza vetorial não nos permite determinar a força resultante com a álgebra que estamos acostumados a usar no nosso dia-a-dia. Ao contrário, é preciso o conhecimento de um processo matemático chamado de soma vetorial.

A seguir, estão ilustrados os casos mais conhecidos para a determinação da força resultante de duas forças aplicadas em um corpo.

Caso 1 - Forças com mesma direção e sentido.

Leis de Newton

Caso 2 - Forças perpendiculares.

Leis de Newton

Caso 3 - Forças com mesma direção e sentidos opostos.

Leis de Newton

Caso 4 - Caso Geral - Lei dos Co-senos

Leis de Newton

A Segunda lei de Newton

Quando temos diversas forças atuando em um corpo e elas não se anulam, é porque existe uma força resultante. A pergunta é como se comporta um corpo que está sob a ação de uma força resultante. A resposta foi dada por Newton na sua segunda lei do movimento. Ele nos ensinou que, nessas situações, o corpo irá sofrer uma aceleração, ou seja, força resultante e aceleração são duas grandezas físicas intimamente ligadas.

A Segunda lei de Newton também nos mostra como força e aceleração se relacionam, ela assinala que essas duas grandezas são diretamente proporcionais. Isso quer dizer que se aumentarmos a força de uma certa quantidade, a aceleração irá aumentar na mesma proporção. A relação de proporção entre força e aceleração é mostrada a seguir.

Leis de Newton

Onde é o símbolo de proporção. A equação acima não tem muita utilidade prática, pois para nós o interessante é que tivéssemos um sinal de igualdade e não um sinal de proporção. Para que possamos trocar a proporção por uma igualdade precisamos inserir na equação acima uma constante de proporcionalidade, e essa constante é a massa do corpo onde é aplicada a força resultante. Por isso a Segunda lei de Newton é matematicamente representada pela sua famosa fórmula:

Leis de Newton

A Segunda lei de Newton também nos ensina que força resultante e aceleração serão vetores sempre com a mesma direção e sentido.

Leis de Newton

Unidades de força e massa no Sistema Internacional.
Força - newton (N).
Massa - quilograma (kg).

A terceira Lei de Newton

A terceira lei de Newton nos mostra como é a troca de forças quando dois corpos interagem entre si, seja qual for essa interação que pode ser por contato ou por campo. Ela nos ensina que se um corpo faz uma força em outro, imediatamente ele receberá desse outro corpo uma força de igual intensidade, igual direção e sentido oposto à força aplicada como é mostrado na figura a seguir.

Leis de Newton

Paulo Augusto Bisquolo

Fonte: geocities.com

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