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Primeira Lei de Newton

Definição

"Um objeto em repouso permanecerá em repouso a não ser que uma força externa atue sobre ele.

Um objeto em movimento continua em movimento com a mesma velocidade e na mesma direção, a não ser que uma força externa atue sobre ele."

- Esta Lei, também pode ser chama de "Lei da Inércia"

Nossa experiência cotidiana nos leva a pensar que, para manter um objeto em movimento, é preciso continuamente aplicar-lhe uma força.

Isso significa que há uma tendência natural de objetos para continuar a fazer o que estão fazendo. Todos os objetos devem permanecer em seu estado de movimento. Na ausência de uma força externa, um objeto em movimento irá manter esse estado de movimento.

Um automóvel se move porque há um motor a impeli-lo; um barco a vela é mantido em movimento pela força do vento.

Se desligarmos o motor ou se o vento cessar, o automóvel e o barco param. Parece haver uma relação entre força e velocidade.

Primeira Lei de Newton

Temos aí, no entanto, um falso indício, que induziu os antigos ao erro e ainda nos conduz a uma pista errada.

Para compreender onde se esconde o erro, vamos analisar melhor o que sucede quando uma força deixa de agir:

Enquanto um automóvel está viajando a 100 km/h, vamos repentinamente desligar seu motor.

O automóvel não pára imediatamente, mas continua ainda a se mover sobre um trecho de estrada, perdendo velocidade lentamente.

Como o motor está desligado, podemos estar certos de que não há força alguma impelindo o automóvel para a frente. Por que, então, ele continua a se mover?

Primeira Lei de Newton

Começamos a perceber que a relação entre a velocidade e a força não é tão simples como parecia à primeira vista.

Se tornarmos a estrada mais lisa e lubrificarmos as engrenagens das rodas, notaremos que a distância que o automóvel percorre com o motor desligado aumentará.

São, portanto, os atritos que fazem o automóvel perder velocidade. Quanto mais conseguirmos reduzi-los, tanto mais lentamente diminuirá a velocidade inicial.

Isso nos leva a pensar que, no limite, se não houvesse atritos, o automóvel não mais desaceleraria, continuando a mover-se a 100 km/h, a velocidade que apresentava no instante em que desligamos o motor.

Primeira Lei de Newton

Com essa experiência ideal, que realizamos no laboratório de nossa mente, percebemos uma tendência que refuta o ponto de vista do qual partimos. Para que um objeto se desloque com velocidade constante, não são necessárias forças para empurrá-lo. Em vez disso, esse movimento acontece mesmo quando não há forças.

Primeira Lei de Newton

Em outras palavras, todos os objetos tendem "naturalmente" a se mover com velocidade constante (em intensidade, direção e sentido).

Essa tendência, que é uma propriedade fundamental da matéria, se chama inércia.

Newton resumiu essas idéias da seguinte forma: Todo corpo permanece em seu estado de repouso ou de movimento uniforme em linha reta, a menos que seja obrigado a mudar seu estado por forças atuantes sobre ele.

Primeira Lei de Newton

Inércia é a propriedade comum a todos os corpos materiais, mediante a qual eles tendem a manter o seu estado de movimento ou de repouso.

Um corpo livre da ação de forças permanece em repouso (se já estiver em repouso) ou em movimento retilíneo uniforme (se já estiver em movimento).

Fonte: br.geocities.com

Primeira Lei de Newton

PRINCÍPIO DA INÉRCIA

Em linguagem comum, inércia significa coisa parada, sem movimento. Em Física, porém, ela assume um significado diferente.

Este significado pode ser facilmente compreendido pela análise das seguintes situações:

I ) Quando o avião acelera na pista para decolar, o passageiro é comprimido contra o encosto do banco.

II ) Quando um cavalo parado se assusta e sai em disparada, o cavaleiro é arremessado para trás.

III ) Quando um ônibus arranca bruscamente, os passageiros que estão em pé tendem a cair para trás.

Esses exemplos nos permitem verificar que

Um corpo em repouso tende por si só a permanecer em repouso .

Analisemos agora as situações que seguem

I ) Quando um cavalo a galope pára subitamente, o cavaleiro é projetado para a frente.

II ) Quando um ônibus em movimento é freado de repente, os passageiros que estão em pé tendem a cair para a frente.

III ) Quando um carro em alta velocidade entra numa curva muito fechada, tende a tombar para fora da curva, procurando seguir uma trajetória retilínea.

IV ) Quando giramos no ar uma pedra amarrada a um barbante, a pedra tende a seguir uma trajetória retilínea, no caso de o barbante arrebentar.

Podemos, então, verificar que:

Um corpo em movimento tende, por si só, a manter um movimento retilíneo uniforme.

Observando fatos semelhantes a esses, Isaac Newton formulou o Princípio da Inércia.

A inércia é uma propriedade fundamental dos corpos. Através dela um corpo oferece resistência para a modificação de seu estado de movimento: se o corpo está em repouso (não se esqueça de que o repouso também é um estado de movimento, com velocidade nula), sua tendência, em virtude da inércia, é permanecer em repouso; se o corpo estiver realizando qualquer tipo de movimento, a inércia fará com que ele tenda ao movimento retilíneo uniforme.

A partir dessa situação, podemos chegar ao seguinte conceito

Inércia é uma propriedade de todos os corpos, associada à sua massa, e em virtude da qual o corpo oferece resistência em alterar o seu estado de repouso ou movimento retilíneo uniforme.

Fonte: www.professorraul.com.br

Primeira Lei de Newton

1ª Lei de Newton (princípio da inércia)

Quando a resultante das forças que atuam sobre um corpo for nula, esse corpo permanecerá em repouso ou em movimento retilíneo uniforme.

Antes de passarmos à discussão das idéias contidas nesse 1º princípio, vejamos o significado de suas palavras. A expressão “resultante das forças que atuam sobre um corpo for nula” é, para nós, sinônimo de equilíbrio. Esse equilíbrio pode manifestar-se de duas formas:

R = 0 => equilíbrio

Mas perceba que, no enunciado da lei, Newton apresenta, em primeira análise, dois fatos decorrentes da situação “resultante das forças nula” (R = 0):

O corpo permanece em repouso. Não discutiremos essa idéia, por se tratar do resultado mais simples e intuitivo contido na 1ª lei.

O corpo permanece em movimento retilíneo uniforme. Nessa segunda parte do enunciado, Newton contradiz Aristóteles na medida em que passa a admitir a possibilidade de movimento na “ausência de forças” (R = 0) : Isso, como vimos, era categoricamente negado por Aristóteles.

Vejamos como podemos chegar a essa mesma conclusão, através da experiência a seguir:

Se um ponto material estiver livre da ação de forças, sua velocidade vetorial permanece constante. Galileu , estudando uma esfera em repouso sobre um plano horizontal, observou que, empurrando-a com determinada força, ela se movimentava. Cessando o empurrão (força), a esfera continuava a se mover até percorrer determinada distância.

Verificou, portanto, que a esfera continuava em movimento sem a ação de uma força e que a esfera parava em virtude do atrito entre a esfera e o plano horizontal. Polindo o plano horizontal, observou que o corpo se movimentava durante um percurso maior após cessar o empurrão.

Se pudesse eliminar completamente o atrito, a esfera continuaria a se movimentar, por inércia, indefinidamente, sem retardamento, isto é, em movimento retilíneo e uniforme.

Primeira Lei de Newton

A figura logo acima representa uma nave espacial livre de ações gravitacionais significativas do resto do universo. Com seus motores desligados, a força propulsora da nave é nula, porém ela mantém o seu movimento com velocidade constante, segundo o princípio da inércia.

Analisemos agora o caso de um bloco preso a um fio, que está atado a um pino fixo em uma mesa horizontal e perfeitamente lisa. Posto em movimento, esse bloco passará a se deslocar em movimento circular uniforme em torno do pino, como vemos na figura.

Primeira Lei de Newton

Primeira Lei de Newton

Embora o valor da velocidade venha a permanecer constante, podemos perceber que a direção de v é alterada de ponto para ponto da trajetória, graças à ação do fio sobre o corpo, ou seja, o fio é responsável pela presença de uma força F , perpendicular à direção de v , é incapaz de alterar o valor da velocidade, mas altera a direção da velocidade v .

A partir dos exemplos do bloco, podemos perceber que, sempre que alterarmos o estado de movimento de um corpo, ou, em outras palavras, sempre que alterarmos a velocidade vetorial v de um corpo, é necessário que sobre o mesmo atue uma força F .

Generalizando temos: Força F será toda ação capaz de alterar a velocidade vetorial v de um corpo.

Fonte: www.brasilescola.com

Primeira Lei de Newton

Princípio da inércia ou primeira lei de Newton:

Um ponto material livre da ação de forças ou está em repouso ou realiza movimento retilíneo e uniforme.

Esse princípio indica que a velocidade vetorial de um ponto material, livre da ação de, não varia. Se o ponto estiver em repouso permanece em repouso e, se estiver em movimento, permanece com velocidade constante realizando movi- mento retilíneo e uniforme. Na prática não é possível obter um ponto material livre da ação de forças. No entanto, se o ponto material estiver sujeito a um sistema de forças cuja resultante é nula, ele estará em repouso ou descreverá movimento retilíneo e uniforme. A existência de forças, não equilibradas, produz variação da velocidade do ponto material.

A tendência que um corpo possui de permanecer em repouso ou em movimento retilíneo e uniforme, quando livre da ação de forças ou sujeito a forças cuja resultante é nula, é interpretada como uma propriedade que os corpos possuem denominada inércia.

Quando maior a massa de um corpo maior a sua inércia, isto é, maior é sua tendência de permanecer em repouso ou em movimento retilíneo e uniforme. Portanto, a massa é a constante característica do corpo que mede a sua inércia. Um corpo em repouso tende, por sua inércia, a permanecer em repouso. Um corpo em movimento tende, por sua inércia, a manter constante sua velocidade.

Referencial inercial é aquele para o qual vale o princípio da inércia.

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.

Quando um carro se movimenta numa estrada reta com velocidade constante, ao entrar numa curva, ele tende, por sua inércia, a manter a velocidade constante e portanto sair pela tangente à curva. Para efetuar a curva, os pneus são dispostos de forma a receber do solo uma força capaz de variar a direção da velocidade, como podemos ver na figura abaixo.

Primeira Lei de Newton

Fonte: www.vestibular1.com.br

Primeira Lei de Newton

Lei da Inércia

Para os Aristotélicos, o estado natural dos corpos na ausência de forças era o repouso.

Imaginava-se que todo corpo para estar em movimento dependia da ação de uma força proporcional a sua velocidade.

Assim, segundo essa concepção, se empurrarmos uma caixa sobre uma superfície ela entra em movimento pela ação da força aplicada, e quanto maior a força aplicada maior será a velocidade da caixa.

No momento em que deixarmos de aplicar essa força o corpo tende ao seu estado natural, que é o repouso.

Para explicar o fato de que mesmo após deixarmos de empurrar um corpo ele ainda continua em movimento por algum tempo, foi criado a idéia do "ímpeto".

Para os Aristotélicos, no ato de empurrarmos um corpo, transferimos para ele um ímpeto que mantém o corpo em movimento por algum tempo à medida que ele é consumido.

Para os Aristotélicos, o estado natural dos corpos na ausência de forças era o repouso.

Essa visão de movimento, idealizada pelos gregos, foi aceita até o início da renascença, época em que Galileu Galilei lança as bases da mecânica clássica e formula pela primeira vez o princípio do movimento dos corpos fundamentado no método cientifico.

As conclusões de Galileu forma sintetizadas na primeira das três leis de Newton.

Também conhecida como Lei da inércia, ela introduz o conceito de inércia e estabelece quais os referenciais onde as leis da mecânica são equivalentes.

Apresentaremos a seguir a Primeira Lei de Newton ou Lei da inércia de três formas distintas, porém equivalentes:

1º Enunciado

Primeira Lei de Newton

"Uma partícula permanece em repouso ou em movimento retilíneo com velocidade constante quando a resultante das forças externas sobre ela for nula."

Para entendermos este enunciado, apresentamos as duas situações possíveis em que a resultante das forças sobre uma partícula é nula:

I - Partícula em repouso

Na animação ao lado, uma caixa é apoiada sobre uma superfície horizontal (mesa).

Pelo menos duas forças atuam sobre a caixa:

1- Seu peso Primeira Lei de Newton, devido a atração gravitacional da terra;

2- A força que a mesa exerce sobre a caixa, impedindo que ela caia.

Essa força é denominada de força normal Primeira Lei de Newton.

Observe que as duas forças atuam sobre a caixa em sentidos opostos. 
Além disso, para que a caixa permaneça apoiada sobre a mesa, é necessário que as forças Primeira Lei de Newton e Primeira Lei de Newtonpossuam a mesma intensidade.

Para que uma partícula esteja em repouso é necessário que a soma (resultante) de todas as forças que atuam sobre ela seja igual a zero.

II - Partícula em movimento

( Aperte a seta na imagem para iniciar a animação)

Para analisarmos como a resultante das forças sobre um corpo em movimento pode ser igual a zero, tomamos como exemplo a animação abaixo, que mostra um automóvel movendo-se com velocidade constante em uma estrada retilínea

Pelo menos cinco forças atuam sobre ele:

1 - Seu peso Primeira Lei de Newton, devido a atração gravitacional da terra;

2 - A força normal Primeira Lei de Newton, que o asfalto exerce sobre o automóvel;

3 - A força de resistência do ar Primeira Lei de Newton;

4 - A força de atrito Primeira Lei de Newton;

5 - A força de tração Primeira Lei de Newton, nas rodas

Apesar do automóvel estar sob a ação de cinco forças, ele não está sendo acelerado, ou seja, sua velocidade é constante. Isto é possível, pois, como mostra a animação acima, a resultante das forças na horizontal Primeira Lei de NewtonPrimeira Lei de Newton bem como na vertical Primeira Lei de Newtonsão nulas.

A resultante das forças sobre uma partícula com velocidade constante é igual a zero.

Mas se essa conclusão é verídica, como explicar o fato de que para mantermos um corpo em movimento sobre uma superfície de contato, mesmo com velocidade constante, devemos aplicar uma força, empurrando-o?

Será que a visão aristotélica de que é necessária uma força para mantermos um corpo em movimento é correta em certas situações?

Para provar que essa visão é incorreta e que o princípio da inércia de Galileu está em acordo com a experiência, devemos considerar que enquanto empurramos uma caixa, uma outra força, denominada força de atrito Primeira Lei de Newtonage no contato da caixa com o solo e em sentido contrário ao movimento, criando um obstáculo ou dificuldade de deslocamento. Como a força Primeira Lei de Newtonque aplicamos é maior que a força de atrito Primeira Lei de Newtonno contato das superfícies, conseguimos colocar a caixa em movimento.

No momento em que deixamos de empurrar a caixa, o atrito com o solo irá gerar sobre o corpo um movimento retardado até pará-lo.

Apesar da dificuldade em eliminarmos por completo esses efeitos, sabemos que à medida em que diminuímos o atrito conseguimos manter um corpo em movimento por um tempo cada vez maior.

Atualmente já se consegue fazer com que trens levitem sobre os trilhos eliminado a força de atrito com os trilhos.

Todos esses exemplos vêem nos mostrar que o estado natural de um corpo não é apenas o repouso, conforme imaginavam os Aristotélicos.

Uma partícula está em equilíbrio quando a resultante das forças sobre ela for nula, ou seja, quando sua aceleração for igual a zero.

2º Enunciado

"Todo corpo possui uma propriedade intrínseca chamada inércia que faz com que ele mantenha sua condição de repouso ou movimento retilíneo com velocidade constante, a menos que uma força resultante externa altere este estado."

Para entendermos esse enunciado, acompanhe os dois exemplos a seguir:

Exemplo 1

Um ônibus deslocando-se em um trecho retilíneo de auto-estrada com velocidade escalar constante de 60Km/h.

Considerando que em relação ao solo (asfalto), todos os passageiros também viajam a 60Km/h, analisaremos quatro casos de movimento do ônibus.

1 - O ônibus continua em movimento retilíneo com velocidade escalar de 60Km/h.

Nesse caso os passageiros permanecem a 60Km/h juntamente com o ônibus.

2 - O motorista pisa no breque (pedal do frio), reduzindo a velocidade do ônibus para 40Km/h e mantendo o movimento em trajetória retilínea.

Nessa situação os passageiros tendem a serem lançados para frente do ônibus.

Se eles não segurarem às barras de segurança do ônibus, com certeza irão sofrer acidentes. 


Esse descontrole que sentimos quando o ônibus reduz a velocidade ocorre porque durante a freada a velocidade do passageiro e do ônibus em relação ao asfalto não são mais iguais.

Durante a freada a força transmitida pelos freios desacelerou o ônibus, reduzindo sua velocidade escalar para 40Km/h.

Observe que essa força não agiu sobre os passageiros, que mantêm sua velocidade escalar em 60km/h.

Para que a velocidade do passageiro seja alterada e se iguale a do ônibus, é necessário que ele seja submetido a essa força. Isso ocorre quando nos agarramos a alguma parte do ônibus.

Após atingir à mesma velocidade do ônibus você pode tranqüilamente saltar as barras de segurança do ônibus, pois estará novamente em equilíbrio.

3 - O motorista acelera o ônibus, aumentando a velocidade escalar de 60Km/h para 80Km/h, mantendo em trajetória retilínea.

Nessa situação os passageiros tendem a serem lançados para trás.

Enquanto os passageiros mantêm a velocidade de 60Km/h, o ônibus é acelerado, aumentando a velocidade escalar para 80Km/h.

Para que a velocidade do passageiro seja alterada e se iguale à do ônibus, é necessário que ele seja submetido à força aceleradora. Novamente isso ocorre quando nos apoiamos a alguma parte do ônibus.

4 - O ônibus mantém a velocidade de 60Km/h, porém descrevendo um trajeto curvo.


Aqui o vetor velocidade do ônibus sofre alterações em direção ao ser submetido a uma força.

Como os passageiros não estão sofrendo alterações de direção, eles têm a sensação de estarem sendo jogados para fora do ônibus.

Para resolver o problema, basta que você permita que uma força altere sua direção de movimento, acompanhado assim o trajeto do ônibus. A melhor forma de fazer isso é agarrar-se firmemente às guias de segurança do ônibus.

Exemplo 2

Suponha dois automóveis em uma estrada reta e a 100Km/h, sendo um deles um carro de passeio e o outro um caminhão carregado.

Apesar das condições de movimento serem as mesmas para os dois, sabemos que numa freada brusca é mais fácil parar o carro de menor massa, pois ele oferece menos resistência às alterações de velocidade.

Estes dois exemplos mostram que todos os corpos criam resistências às mudanças em suas condições de movimentos.

Além disso, o exemplo 2 nos dá a indicação de que essa resistência é tanto maior quanto maior a massa de um corpo.

Denominaremos essa resistência de inércia dos corpos.

Do exposto, podemos concluir que:

A inércia é a propriedade da matéria que oferece obstáculos às variações em sua velocidade vetorial.

A massa de um corpo é uma medida de sua inércia

3º Enunciado

Vamos apresentar a terceira e última versão para a 1ª lei de Newton, e que diz respeito aos referenciais onde as leis da mecânica são válidas.

"As leis da mecânica são as mesmas em todos os referencias onde os corpos permanecem em repouso ou em movimento com velocidade constante, sob ação de força resultante igual a zero."

Para entendermos o significado deste enunciado, apresentamos um único exemplo bem simples.

Primeira Lei de Newton

Fixe um fio de prumo no teto de um ônibus e marque sua direção no assoalho antes do ônibus entrar em movimento.

Para um passageiro que está no interior do ônibus, e que daqui por diante será nosso referencial, o fio de prumo está em repouso e, portanto em equilíbrio, pois a resultante de todas as forças que atuam sobre ele é zero.

Suponha que a partir do momento em que fecharmos as portas do ônibus nosso observador tire um cochilo.

Ao acordar ele verifica que as cortinas das janelas estão fechadas, não tendo como informar se o ônibus está ou não em movimento.

Concentrando sua atenção apenas no fio de prumo, o observador, utilizando um Walkie Talkie, terá que informar para alguém que está fora do ônibus se a marca fio de prumo continua no mesmo lugar ou sofreu um desvio em relação a sua direção original.

Durante um trecho do percurso, um observador em repouso à beira da auto-estrada constata que o ônibus desloca-se em movimento retilíneo com velocidade escalar constante (MRU).

Nessas circunstâncias pedimos ao observador informar, por rádio, qual a situação do fio de prumo.

De imediato ele informa que está tudo normal, que o fio continua em sua posição original já que nenhuma outra força agiu sobre o fio.

Observe que a situação que o observador descreve com o ônibus em movimento retilíneo e velocidade escalar constante é a mesma de quando o ônibus estava parado.

Bem, agora vamos aguardar a situação em que o ônibus sofra alterações suaves em sua velocidade, seja em intensidade (acelerando ou retardando o movimento) ou em direção (fazendo uma curva), e pedir novamente a nosso observador que está no interior do ônibus, para relatar pelo Walkie Talkie a situação em que se encontra o fio de prumo.


Espantado, nosso observador constata que o fio sofreu um pequeno desvio em relação a sua posição original, porém sem um motivo aparente, já que nenhuma nova interação do meio externo agiu sobre o fio de prumo.
Como é possível um corpo sair do repouso se nenhuma força está agindo sobre ele?

Apesar do passageiro tentar encontrar a possível interação que justificasse o desvio do fio de sua posição original, nada conseguiu. 
Para não dizerem que estava ficando maluco, ele disse que uma força desconhecida denominada força fictícia surgiu do nada, agindo sobre o fio de prumo, desviando de sua posição original.

Ele chama essa força de fictícia pois ela não é fruto de nenhuma interação real do fio de prumo com o meio exterior, aparecendo apenas em função da aceleração do ônibus naquele trecho.

Forças fictícias são aquelas que surgem em referenciais acelerados, não sendo provenientes de nenhuma interação real com o meio exterior.

Bem, do exemplo apresentado, concluímos que os únicos observadores (referenciais), que não precisam utilizar o artifício das forças fictícias para explicarem as alterações de movimento de um corpo são aqueles que estão em repouso ou em MRU uns em relação aos outros.

A esses referenciais, onde as leis da física são descritas da mesma formas, damos o nome de REFERENCIAIS INERCIAIS.

Referenciais inerciais são aqueles onde as leis da física são válidas.

Os Aristotélicos além de defenderem que estado natural dos corpos era o repouso, também defendiam que o único referencial preferencial onde podemos observar esse fato era a terra, considerada o centro do universo.

Primeira Lei de Newton
Sistema Geocêntrico

Na visão de Copérnico, Kepler e Galileu, defensores do modelo heliocêntrico, o referencial privilegiado seria um sistema de coordenadas fixo no centro do sol e os eixos orientados para três estrelas fixas.

Rigorosamente falando, a terra não pode ser considerada um referencial inercial.

Devido ao movimento de rotação em torno de seu eixo, o movimento de precessão e o movimento de rotação em torno do sol, ela é acelerada em relação às estrelas fixas.

Porém, para eventos de curta duração (aproximadamente 2,4h), podemos considerá-la como inercial.

Fonte: www.cleber_sm.oi.com.br

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