Primeira Lei de Newton

 

Dinâmica é a parte da Física que estuda as relações entre os movimentos dos corpos e as causas que os produzem ou os modificam.

Princípio corresponde a uma lei física teórica que nos levam a uma série de conseqüência que podem ser comprovadas na prática (experimentalmente).

Sua estrutura corresponde a uma série de princípios estabelecidos por Isaac Newton e que foram baseados principalmente nos estudos realizados por Galileu e Kepler e que foram denominados Princípios da Dinâmica ou Leis de Newton do Movimento.

Estes princípios elaborados por Newton são três e são válidos apenas para sistemas inerciais (não possuem aceleração).

 

Conceitos e Definições

* Partícula ou ponto material e corpo extenso  ---  Se as dimensões (tamanho) de um móvel são desprezíveis em comparação com as dimensões dos outros corpos que participam do fenômeno em estudo, dizemos que se trata uma partícula ou ponto material. Se essas dimensões do corpo não podem ser desprezadas, ele é chamado de corpo extenso.

Assim, um mesmo corpo pode ser um ponto material ou corpo extenso, dependendo da situação.

 Se uma jamanta, por exemplo, de 50m de comprimento estiver em uma rodovia indo de São Paulo ao Rio de Janeiro, as suas dimensões não têm a menor importância no estudo do seu movimento, trata-se de um ponto material; no entanto, se a mesma jamanta estiver percorrendo um quarteirão de 100m, suas dimensões não podem ser desprezadas e neste caso trata-se de um corpo extenso (figura1).

 

Força

* Força  ---  grandeza física vetorial (com intensidade, direção e sentido)l que surge devido a ações mútuas entre corpos que estão interagindo.

Pode:

- provocar  num corpo, deformação.

- acelerar ou retardar um corpo, ou seja, modificar seu estado de movimento ou de repouso.

- manter um corpo em equilíbrio, ou seja, anular a ação de outra(s) força(s).

-Todas as forças que agem sobre os corpos das figuras abaixo se anulam e eles estão em repouso (equilíbrio estático)

           

 

-Todas as forças que agem sobre o pássaro da figura abaixo, que se move em trajetória retilínea e com velocidade vetorial constante (MRU), se anulam e ele se encontra em equilíbrio dinâmico.

-No SI a unidade de força é o Newton (N). Existem outras unidades como o quilograma-força (kgf) e 1kgf=9,8N.

 

Tipos de Força

* Forças de contato – os corpos que estão interagindo estão em contato

* Forças de campo – ação à distância (quando os corpos que interagem entre si não estão em contato).São de três tipos: força gravitacional, força elétrica e força magnética.

 

Força Resultante

Força resultante(  ---  Única força que, substituindo todas as forças que agem sobre um corpo produz o mesmo efeito dinâmico, ou seja, seu estado de movimento ou de repouso continua com as mesmas características.

Ela é a soma vetorial de todas as forças que agem sobre o corpo

 Observação - Se a resultante de três forças que agem sobre um corpo for nula, então elas devem estar num mesmo plano.

Alguns casos particulares em que a força resultante é nula

 

Observação – Se um sistema de forças tiver força resultante nula, a força que anula a resultante (força equilibrante), deve ter mesma intensidade, mesma direção e sentido contrário à força resultante .

Exemplo: Três forças são aplicadas a uma partícula de maneira que a força resultante é nula. Duas delas são perpendiculares entre si e suas intensidades são F1=60N e F2=80N. Calcule a intensidade da terceira força (força equilibrante Fe).

 

Dinamômetro

Instrumento que mede a intensidade de uma força.  Uma força transmitida a uma mola (corpo elástico) produz na mesma uma deformação que é registrada pelo ponteiro numa escala graduada em Newton. O zero desta escala corresponde à posição do ponteiro antes da aplicação da força, com a mola em sua posição natural (sem deformação).

Observação: Um dinamômetro ideal inserido numa corda ideal (inextensível e de massa desprezível), indica a intensidade da força de tração numa das extremidades da mesma (figura abaixo), se eles (dinamômetro + corda) estiverem em repouso ou em MRU).

 

Assim, se na figura acima tirássemos os dinamômetros, a intensidade da força de tração em cada ponto da corda e em suas

 extremidades continuaria sendo a mesma, no caso 20N, desde que a corda estivesse em repouso ou MRU.

 

Princípio da Inércia (Primeira Lei de Newton)

“Todo corpo que esteja em repouso ou em movimento retilíneo e uniforme (movendo-se em trajetória reta com velocidade  vetorial constante), tende a continuar nestes estados se a força resultante que age sobre ele for nula”.

            

 

Exemplos clássicos:

O1 – Corpo se movendo em trajetória reta:

a) com velocidade vetorial constante (força resultante nula).

O móvel, enquanto a força resultante sobre ele for nula, continuará se movendo em linha reta sempre com a mesma velocidade

vetorial de intensidade V.

         

Um indivíduo em seu interior se sentirá como se o veículo estivesse parado e, se ele atirar seu chaveiro verticalmente para cima, este cairá exatamente em suas mãos. A esfera sobre o apoio não se moverá.

b) e acelerando sob ação de uma força resultante diferente de zero, a favor do movimento deslocando o veículo para a direita. Considere o veículo inicialmente parado..

Por inércia, um indivíduo em pé em seu interior tenderá a manter seu estado de repouso enquanto o veículo acelera.

Ele se sentirá projetado para trás, pois seus pés acompanham o movimento do veículo. Pelo mesmo motivo a esfera sobre o apoio fixo se moverá para a esquerda. Para não cair, o indivíduo em pé deve segurar em alguma parte do veículo que lhe aplicará uma força externa que o acelera junto com o veículo. No caso do motorista ou dos passageiros esta força externa é aplicada pela poltrona.

   

Se o passageiro sentado jogar um chaveiro verticalmente para cima, este cairá atrás dele.

c) e freando sob a ação de uma força resultante diferente de zero, contra o movimento, tendendo a parar o veículo que se desloca para a direita.

 

Por inércia, um indivíduo em pé em seu interior tenderá a manter seu estado de movimento enquanto o veículo desacelera.

Ele se sentirá projetado para a frente, pois seus pés acompanham o movimento do veículo.Pelo mesmo motivo a esfera sobre o apoio fixo se deslocará para a direita. Para não cair, o indivíduo em pé deve segurar em alguma parte do veículo que lhe aplicará uma força externa que o desacelera junto com o veículo. Os passageiros e o motorista devem utilizar o cinto de segurança.

02- Usa-se cinto de segurança num carro, porque se o mesmo parar rapidamente, como por exemplo, numa batida, você, por

             

inércia, tende a manter a mesma velocidade que o carro tinha no instante da colisão e seria projetado para a frente o que não acontece, pois o cinto aplica-lhe a força externa.

Da mesma maneira que o cinto de segurança protege contra colisões na parte dianteira do carro o apoio para a cabeça protege contra colisões na parte traseira, o que pode provocar sérios danos à coluna vertebral.

 

03-Um corpo em movimento circular como por exemplo, uma pedra presa a um fio, tem, em cada ponto, o vetor velocidade sempre tangente.

Se você cortar o fio, a pedra, por inércia, tenderá a manter a direção e o sentido do vetor velocidade e sairá pela tangente.

04-Veículo efetuando uma curva.

Quando um veículo efetua uma curva, um indivíduo em seu interior tende a seguir em linha reta (tende a sair pela tangente, na direção e sentido do vetor velocidade que é sempre tangente à trajetória em cada ponto).

 

Se o carro da figura acima fizesse uma curva para a esquerda a pessoa se sentiria jogada para a direita.

 

05-Se você colocar um pedaço de cartolina sobre um copo e uma moeda sobre o pedaço de cartolina e puxar rapidamente o pedaço de cartolina, a moeda, por inércia, cairá dentro do copo.

 

06- Numa viagem espacial (no vácuo e num local isento da ação de forças gravitacionais), quando a velocidade desejada foi atingida, os sistemas propulsores são desligados e o veículo espacial, por inércia, segue com os motores desligados, em MRU.

07- Inércia em líquidos

- O líquido do recipiente da esquerda da figura abaixo está em equilíbrio (nível horizontal). Se sobre ele surgir uma força resultante para a direita, acelerando-o, por inércia, o nível do líquido adquirirá o formato da figura da direita.

- Por outro lado, se o recipiente + líquido estiverem se movendo com velocidade constante para a direita e sobre ele surgir uma força resultante para a esquerda freando-o. o líquido, por inércia, adquirirá o formato da figura da direita.

- O sistema de vasos comunicantes da figura da esquerda abaixo está em equilíbrio (líquido no nível horizontal).

Se o sistema for acelerado para a direita por uma força resultante, por inércia, o líquido adquirirá o formato da figura da direita (observe-o atentamente).

 

08-As máquinas de lavar, que secam roupas por centrifugação possuem em seu interior um cilindro metálico cheio de furos..

  

Quando o motor da máquina faz o cilindro girar em alta rotação, a água que está na roupa, por inércia, sai pela tangente através dos furos.

 

09-Quando você está descendo num carrinho, baseado no princípio da inércia, você sente um “frio” na barriga porque alguns

   

órgãos internos do seu abdome estão soltos e ao descer eles tendem a manter-se em repouso, comprimindo a parte superior do abdome.

 

O que você deve saber

* A inércia de um corpo depende de sua massa, pois para acelerar ou frear um ônibus devemos aplicar uma força maior que aquela que usamos para acelerar ou frear um carro. Assim, quanto maior a massa de um corpo, maior será sua inércia.

 

*O equilíbrio (estático ou dinâmico) é um conceito relativo, pois depende do referencial adotado. Assim, o motorista de um ônibus em MRU está em equilíbrio em relação ao ônibus, mas não está em equilíbrio em relação à Terra ou qualquer outro planeta, porque em relação à ela eles o motorista possui aceleração.

* Uma partícula está mecanicamente isolada quando a força resultante que age sobre ela for nula, o que acontece em dois casos:

1o- Quando as forças aplicadas sobre ela se anulam.

2o- Quando não existe qualquer força aplicada

 

* Referencial inercial – É o referencial para o qual a lei da inércia é válida, ou seja, se um corpo que tiver força resultante nula permanecer em repouso ou em MRU em relação a esse referencial, ele será um referencial inercial.

* Inércia não é força.

Exercícios