Artigo sobre a lei do movimento de Newton
1. Definição de força
Força é algo que causa a aceleração de uma coisa. Em outras palavras, força é algo que move, para ou muda a direção do movimento de um objeto. Força é uma grandeza vetorial e, portanto, possui magnitude e direção. O símbolo da força é F (Força). F é um símbolo geral para força. Existem vários tipos de forças e nem todas são representadas pelo símbolo F. A unidade do Sistema Internacional de Unidades (SI) é kg m/s², também conhecido como Newton.
2. Definição de força resultante
A força resultante (ΣF) é a soma de todas as forças que atuam sobre um objeto. A força é uma grandeza vetorial, portanto, a força total é calculada com base na regra da adição vetorial.
A força total é de 10 Newtons, e a direção da força total é para a direita.
A força total é de 8 Newtons, e a direção da força total é para a direita.
A força total = 0
A força total = 0
3. Leis do movimento de Newton
As leis do movimento de Newton são as leis da física que descrevem o movimento de um objeto, propostas pelo físico inglês Isaac Newton.
3.1 Primeira Lei de Newton
A Primeira Lei de Newton afirma que todo objeto em repouso permanecerá em repouso, ou seja, todo objeto que se move em linha reta a uma velocidade constante
O objeto continuará se movendo em linha reta a uma velocidade constante se a força total que atua sobre ele for zero.
ΣF = 0
Essa equação é uma expressão matemática derivada da primeira lei de Newton.
Observe um objeto ao seu redor, como uma mesa, uma pedra ou qualquer outro objeto. Uma mesa em repouso permanecerá em repouso se não for movida ou submetida a uma força externa, como um empurrão ou puxão. Não existe nenhuma força atuando sobre mesas, pedras ou objetos em repouso? Existe uma força atuando sobre o objeto, mas a soma de todas as forças que atuam sobre ele, ou seja, a força total, é zero. As forças que atuam sobre objetos que estão na superfície de planetas como a Terra são a gravidade (w) e a força normal (N). A direção da força gravitacional é perpendicular ao centro da Terra, enquanto a direção da força normal é perpendicular para cima. A magnitude dessas duas forças é a mesma, mas elas têm direções opostas, portanto a força total é igual a zero.
E quanto a objetos que se movem em linha reta com velocidade constante? Para esclarecer esse problema, imagine que você empurre um objeto, por exemplo, um pedaço de metal, sobre a superfície do chão. Após ser empurrado, o metal diminui a velocidade e para devido ao atrito. Para que pedaços de metal se movam por uma distância maior ou por mais tempo, é necessário que a superfície do chão e a superfície da placa de metal sejam lisas. Se a superfície do chão for lisa e não houver atrito, a placa de metal continuará se movendo e não parará. Não há nenhuma força atuando sobre a placa de metal que se move sobre a superfície de um chão perfeitamente liso? Existem forças que atuam sobre placas de metal, a saber, a força da gravidade e a força normal. Ambas as forças atuam na direção vertical e não afetam o movimento de placas de metal na direção horizontal se o chão for liso.
A Segunda Lei de Newton afirma que se a força total que atua sobre um objeto não for igual a zero, então o objeto irá acelerar. A magnitude da aceleração é proporcional à magnitude da força total e inversamente proporcional à massa do objeto. A direção da aceleração é a mesma da direção da força total.
ΣF = ma
ΣF = força total (kg m/s 2 ), m = massa (kg), a = aceleração (m/s 2 )
A equação 1.2 é uma expressão matemática derivada da segunda lei de Newton.
Se a aceleração for igual a zero (a = 0), então a equação 1.2 se transforma na equação 1.1. Portanto, a primeira lei de Newton é um caso especial da segunda lei de Newton. Com base na equação 1.2, conclui-se que quanto maior a força, maior a aceleração. Inversamente, quanto maior a massa, menor a aceleração. A relação entre força, massa e aceleração será melhor compreendida após a realização de um experimento sobre o assunto.
Exemplo de problema 1:
Determine a magnitude e a direção da aceleração dos objetos com base na figura acima…
Solução:
ΣF = ma
4 kg m/s 2 = (1 kg) a
a = 4 kg m/s 2 : 1 kg = 4 m/s 2
A magnitude da aceleração é de 4 m/s² , e a direção da aceleração é para a direita.
Exemplo de problema 2:
Determine a magnitude e a direção da aceleração com base na figura acima…
Solução:
ΣF = ma
4 kg m/s 2 – 1 kg m/s 2 = (1 kg) a
3 kg m/s 2 = (1 kg) a
a = 3 kg m/s 2 : 1 kg
a = 3 m/ s²
A magnitude da aceleração é de 3 m/s² , e a direção da aceleração é para a direita.
3.2.1 Peso (w)
Peso é a força da gravidade que atua sobre um objeto com massa.
ΣF = ma
w = mg
A equação 1.3 é a equação para calcular o peso de um objeto.
w = peso (kg m/s² ) , m = massa (kg), g = aceleração da gravidade (m/s² ) . A magnitude da aceleração gravitacional (g) na superfície da Terra é 9.8 m/s² . Para simplificar os cálculos, g é arredondado para 10 m/ s².
3.2.2 Força normal (N)
A força normal é a força que atua sobre dois objetos que se tocam, sendo a direção da força normal perpendicular à superfície do plano de contato.
Observe os objetos que ainda estão acima da superfície da mesa. A força da gravidade, ou peso, também atua sobre o objeto. Os objetos não caem livremente como frutas caindo de uma árvore porque existe uma força normal. O peso (w) e a força normal (N) são iguais, mas têm direções opostas, de modo que a força total sobre um objeto é zero.
ΣF = 0
N – w = 0
N = w
3.3 Terceira Lei de Newton
A terceira lei de Newton afirma que se o objeto 1 exerce uma força sobre o objeto 2, então, simultaneamente, o objeto 2 exerce uma força sobre o objeto 1. As duas forças são iguais, mas em sentidos opostos. Uma força é chamada de ação e a outra de reação.
Ação F = – Reação F
A equação 1.3 é uma expressão matemática derivada da terceira lei de Newton. O sinal negativo na equação 1.3 explica a direção da força.
Experimente para entender melhor a terceira lei de Newton. Se você tiver um skate, empurre a parede enquanto estiver em cima dele. Depois de empurrar a parede, o skate se moverá para trás. A direção da sua força é para a frente, enquanto a direção do movimento do skate é para trás.
Isso indica que a parede também exerce força sobre você. Quando você empurra a parede, ao mesmo tempo, a parede também exerce força sobre você. Sua força de empurrão atua sobre a parede, enquanto a força de empurrão da parede atua sobre você. Ambas as forças são iguais, mas em direções opostas. Podemos chamar uma força de ação e a outra de reação.
Outra experiência que pode ser feita é encher um balão de borracha e, depois que ele se expandir por estar cheio de ar, soltá-lo. Após ser solto, o balão estará "voando". A direção do movimento do balão é oposta à direção do ar que sai dele. Como explicar isso?
Quando a boca do balão é aberta, o ar é expelido. Ao mesmo tempo, o ar também empurra o balão. Essa força do ar faz o balão voar. A força do balão atua sobre ele, enquanto a força do ar atua sobre o balão. As duas forças são iguais, mas em direções opostas.
Observe a figura 2 e compare-a com a figura 3. A força normal que atua sobre um objeto (N) é a força exercida por uma superfície plana, como a superfície de uma mesa. Ao mesmo tempo, os objetos também exercem força sobre a superfície da mesa (N'). Ambas as forças normais (N e N') têm a mesma magnitude, mas estão em direções opostas e atuam sobre objetos diferentes. Diferentemente de w e N, que têm a mesma magnitude e atuam sobre o mesmo objeto. Portanto, N e N' são forças de ação e reação.
