As Leis de Newton, formuladas por Sir Isaac Newton no século XVII, são um dos pilares fundamentais da física clássica e desempenham um papel central na compreensão do movimento e das interações entre objetos. Embora essas leis sejam fundamentais, é comum que as pessoas tenham diversas dúvidas sobre o assunto. Neste texto, reunimos algumas das questões mais frequentes que as pessoas têm em relação às Leis de Newton, fornecendo respostas claras e explicativas para ajudar a desmistificar esse importante conceito da física. Se você já se perguntou como essas leis governam o mundo ao nosso redor ou como se aplicam em situações do dia a dia, continue lendo para obter respostas esclarecedoras.
Perguntas sobre as Leis de Newton
As aclamadas Leis de Newton que descrevem os movimentos de um corpo foram concebidas por Isaac Newton (ah, não diga!) em 1665-66 na fazenda de sua família, onde ele se refugiou da peste negra. A publicação do trabalho aconteceu em 1687 no livro Princípios Matemáticos da Filosofia Natural cujo conteúdo engloba suas famosas leis. Baseadas em cuidadosas observações dos movimentos, essas as leis de Newton permitem uma descrição (e previsão) extremamente precisa do movimento de todos os corpos, simples ou complexos.
Princípios Matemáticos da Filosofia Natural, de Sir Isaac Newton.
O que é força?
Força é um conceito central em Física. Ao analisarmos as forças em um objeto, podemos determinar seu futuro movimento. Mas o que exatamente é força? A palavra “força” é usada na linguagem cotidiana em diversos contextos, mas somente alguns refletem a definição científica de força. Em Física, pode-se definir como força um agente capaz de alterar o estado de movimento retilíneo uniforme de um corpo ou de produzir deformações em um corpo elástico. Em muitos casos, uma força faz as duas coisas ao mesmo tempo.
Mas se eu te perguntasse quais forças estão agindo sobre você agora? Sabemos que para analisar as forças em um corpo precisamos construir o diagrama de corpo-livre:
A maioria das pessoas consegue identificar a força gravitacional para baixo (força peso), mas deve existir outra força, caso contrário você aceleraria para baixo em direção ao centro da Terra. A outra força principal agindo em você é chamada “força normal”; uma força perpendicular à superfície e que sustenta você, como o chão ou a cadeira em que está sentado. Você comprimi uma superfície e ela age empurrando-o para cima. E essa força normal tem a mesma intensidade da sua força peso (para um corpo num plano inclinado, por exemplo, não teriam a mesma intensidade). Ou seja, a força resultante sobre você é zero e você está parado, i.e, com velocidade nula. Agora, imagine a situação hipotética em que você desse uma cutucada em um astronauta no espaço profundo. O que aconteceria? Bom, tanto você quanto o astronauta estão, por hipótese, longe da atração de outros planetas, então não há ação da força peso nem de uma força normal. Ao cutucar o pobre astronauta, ele entraria em movimento com velocidade constante para sempre. Esse é o conteúdo da Primeira Lei de Newton: se a resultante das forças em um corpo é nula, ou ele está em repouso ou em movimento retilíneo uniforme!
Já pensou você nessa situação?
Existe gravidade no espaço?
Enquanto a primeira lei pode ser direta do ponto de vista matemático, da perspectiva do senso-comum ela não é nada revolucionária. Você, eu e Isaac Newton nunca vimos um objeto se mover com velocidade constante indefinidamente em linha reta. Nossa experiência diz que precisa haver uma força para o movimento continuar. Um carro em movimento não continua em movimento, ao não ser que apertemos o pedal do acelerador, que, por sua vez, produz uma força. É claro que a razão para o carro frear sozinho e chegar ao repouso reside na existência de forças de atrito entre o pneu e o solo e forças de resistência do ar. Como essas forças são contrárias ao movimento do carro, então existe uma força resultante que provoca desaceleração no automóvel. Chegamos assim à Segunda Lei de Newton: se uma força externa é aplicada, a velocidade do objeto mudará tanto em magnitude quanto em direção, e a taxa de variação da velocidade (a aceleração) quando multiplicada pela massa do objeto é igual à força aplicada. Ou seja,
F = m.a
Se você já viu algum vídeo da Estação Espacial Internacional ou de alguma missão do ônibus espacial, você sabe que os astronautas levitam enquanto orbitam a Terra. Por que isso acontece? Será porque a força gravitacional sobre eles é zero no espaço? (Ou quase zero?) A verdade é que a intensidade da força de atração gravitacional é ligeiramente menor do que é na superfície da Terra. Então como eles conseguem levitar? Bem, eles não estão levitando… Eles estão caindo junto com a estação espacial! A força de atração gravitacional faz o papel da resultante centrípeta discutida em Cinemática Vetorial. Assim,
Eles não caem na Terra porque porque possuem uma velocidade orbital estupidamente grande (numa órbita estável pode ser cerca de 28.000km/h). Portanto, conforme aceleram em direção à Terra, devido à curvatura da Terra, eles nunca conseguem chegar perto. Como os astronautas têm a mesma aceleração que a estação espacial, eles se sentem sem peso. É como estar num elevador em queda livre (só que sem a parada desastrosa). Mas se a velocidade orbital da estação espacial fosse diminuindo, ela espiralaria e colidiria com a Terra.
Que fofura, senhoras e senhores! \o/
A Terra é mais forte do que a Lua?
Existe uma força de atração gravitacional entre a Terra e a Lua, mas é mútua? Ou seja, as forças sobre a Terra e sobre a Lua são iguais? A maioria das pessoas diria que não, que a Terra exerce uma força de atração mais intensa porque é maior e tem mais massa. Essa é uma situação em que a Terceira Lei de Newton é relevante. A Terceira de Newton diz que, para cada força, existe uma força de reação igual e oposta. Então a força que a Terra exerce sobre a Lua deve ser exatamente igual e oposta à força que a Lua exerce sobra a Terra. Mas como uma força de mesma intensidade pode manter a Lua em órbita, mas quase não afetar a Terra? A resposta é inércia – a tendência de todos os objetos massivos preservarem seu estado de movimento. Como a Terra tem muito mais massa que a Lua, ela tem maior inércia e, portanto, experimenta pouca aceleração para a mesma força. Na verdade, tanto a Terra quanto a Lua giram em torno do centro de massa (CM). Devido à grande massa da Terra, o centro de massa está mais próximo da Terra e, assim, temos a sensação de que a Terra está parada e só a Lua se move.
Terra e Lua orbitando em torno do centro de massa.
E aí, respondidas algumas dúvidas sobre as Leis de Newton? Conte pra gente aqui nos comentários!
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