As Leis de Newton

Aula 6

As leis de Newton – Forças e movimento

Estudamos até aqui o movimento de partículas através dos conceitos básicos de posição, velocidade e aceleração. Contudo a física não se restringe a descrever como os movimentos ocorrem, mas também o que faz esses movimentos ocorrerem, o que gera a aceleração, por que as partículas mudam de posição.

Para estudarmos os motivos pelos quais os movimentos ocorrem vamos lançar mão da mecânica Newtoniana, baseada em três leis elaboradas por Isaac Newton. A mecânica Newtoniana é aplicada a partículas e corpos que tenham velocidade mais baixas. Nos casos em que as velocidades aplicadas são próximas da velocidade da luz a mecânica Newtoniana deve ser substituída pela teoria da relatividade restrita de Einstein, pois esta descreve melhor estas situações.

* 1ª Lei de Newton

Antes da formulação das leis de Newton o pensamento da época acreditava que era necessária uma certa influência, uma “força” para que um corpo fosse mantido em movimento com velocidade constante e que um corpo estaria em seu “estado natural” quando estivesse em repouso. Nesta linha de pensamento é necessário que um ponto material para se manter em velocidade constante deverá obrigatoriamente estar sendo “empurrado” por algo e assim que esse algo parasse de interagir com o corpos este voltaria ao seu estado “natural”

Essa ideia parecia razoável se você impulsionasse um disco de metal deslizando sobre uma superfície e madeira até uma certa velocidade e depois soltá-lo você verá que logo ele irá voltar ao seu “estado natural”. Mas como você compatibilizaria a ideia deste mesmo disco impulsionado até a mesma velocidade sobre um superfície de gelo que percorreria uma distância muito maior do que a anterior?

A partir dessas observações Newton enunciou a sua primeira lei:

1ª lei de Newton - Se nenhuma força atua sobre um corpo, sua velocidade não pode mudar, ou seja, o corpo não pode sofrer aceleração.

* Força

A força é algo, como dito no enunciado da primeira lei, que gera aceleração a um corpos, logo, para definirmos a unidade de medida de força precisamos saber a unidade de aceleração (m/s2). Essa aceleração será primeiramente aplicada a um corpo padrão com massa de 1 kg. A unidade de medida de força será aquela que gerará uma aceleração de 1 m/s2 a uma massa de 1kg.

A força é a medida da aceleração que esta causa a um corpo. Esta grandeza física é uma grandeza vetorial, pois a aceleração causada pela força tem a direção e o sentido proporcionados pela direção e sentido da própria força. Para que uma grandeza possa ser chamada de vetorial ela precisa ter módulo, direção e sentido e se combinarem de acordo com as regras que estudamos quando falamos sobre vetores.

A soma de todas a forças que atuam num corpo é chamada de força resultante

Isso nos garante que quando temos diversas forças atuando em um corpo podemos somá-las de acordo com as regras vetoriais que já estudamos, como por exemplo a caracterização da força através de vetores unitários e a soma de suas componentes paralelas. Sabendo que as forças são grandezas vetoriais e que geralmente mais de uma força age sobre um corpo podemos criar um enunciado mais rigoroso para a primeira lei de Newton:

Se nenhuma força resultante atua sobre um corpo, sua velocidade não pode mudar, ou seja, o corpo não pode sofrer uma aceleração.

* Referenciais inerciais

Um referencial inercial é um referencial para o qual as leis de Newton são validas. É bom saber que em nem todos os referenciais a mecânica Newtoniana é válida. Halliday traz um exemplo fantástico de como alguns referenciais parecem não obedecer às leis de newton.

Suponhamos que um disco seja arremessado em uma pista de gelo. Se a distância percorrida for pequena observamos que este movimento obedece às leis de Newton. Vamos agora supor que o disco deslize sobre uma longa pista de gelo a partir do polo Norte em direção ao polo Sul. Se observarmos o disco de um ponto no espaço de um ponto estacionário conseguiremos ver o disco se movendo em uma linha reta perfeita. Se observarmos este mesmo movimento em um ponto no solo que acompanha a rotação da terra observaremos uma pequena deflexão no movimento uma vez que temos uma componente de velocidade que não está presente no movimento do disco. Neste caso o solo é um referencial não-inercial

* 2ª Lei de Newton