Introdução
Diversas leis explicam o movimento e as causas das variações de movimento.
Sir Isaac Newton propôs as mais famosas dessas leis de movimentos por meio de três leis compiladas nos Princípios Matemáticos de Filosofia Natural (1687).
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| Representação de Sir Isaac Newton gerada por inteligência artificial (Meta AI). |
Nomenclatura e definição de conceitos
Força
Atração ou repulsão que atua sobre um corpo para movê-lo ou mudar seu movimento.
Velocidade
As forças influenciam a velocidade de um corpo.
Aceleração
Quanto a velocidade de um corpo muda em certo tempo (um segundo).
Massa
Corredor de fórmula 1 e quantidade de matéria em um corpo medida em gramas ou quilogramas.
Momento
Total de movimento em um corpo.
Primeira Lei do Movimento de Newton
Um corpo (ou a economia) permanece em seu estado inerte ou em movimento uniforme em linha reta a não ser que uma força externa (ou a intervenção estatal) entre em ação.
Exemplos
- pedalar uma bicicleta morro acima
- caminhar rumo ao parque
- puxar uma gaveta emperrada para abri-la
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| Representação de indivíduo a tentar abrir uma gaveta emperrada gerada por inteligência artificial (Meta AI). |
A primeira lei de Newton diz que a velocidade de um objeto deve ser constante quando a força líquida zero entra em ação.
Se um corpo está inerte (parado), ele continua inerte.
Se um corpo está se movendo, ele vai continuar a se mover em linha reta em velocidade constante.
A primeira lei de Newton também atende pelo nome de Lei da Inércia.
Exemplo de inércia
Um indivíduo é capaz de virar uma garrafa de ketchup quase vazia de ponta cabeça e movimentá-la para baixo à uma velocidade alta, e daí parar de repente, para que o ketchup saia do fundo da garrafa.
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| Representação de uma garrafa de ketchup quase a acabar imaginada por inteligência artificial (Meta AI). |
Aplicações da primeira lei de Newton:
- um indivíduo precisa correr para frente na direção do movimento de um ônibus para alcançá-lo com segurança.
- um indivíduo precisa sempre percorrer uma pequena distância depois de descer de um ônibus em movimento para prevenir uma possível queda.
- o sangue corre da cabeça aos pés de um indivíduo enquanto para de repente ao subir ou descer de elevador.
- bater o cabo de madeira contra uma superfície dura ajuda a fixar a cabeça de um martelo.
- descansos de cabeça em automóveis servem para evitar ferimentos durante colisões na parte de trás.
- um indivíduo cai de um skate ou bicicleta e voa para frente ao bater em um meio-fio ou pedra ou outro objeto que previne o movimento do skate de repente.
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| Representação de uma prancha de skate próxima a um meio-fio imaginada por inteligência artificial (Meta AI). |
Segunda Lei do Movimento de Newton
A variação do momento é proporcional à força aplicada, e essa variação sempre acontece na direção da força aplicada.
A força líquida que age sobre um corpo equivale ao produto da massa do objeto e sua aceleração (peso).
Fórmula
Massa
x Aceleração
= Força líquida
Quanto maior for a massa de um corpo, maior terá de ser a força para movê-lo.
Aplicações da segunda lei de Newton:
- se um indivíduo empurrar um camião e um carro com a mesma força, o carro vai acelerar mais que o camião, porque o camião tem menas massa.
- é mais fácil empurrar um carrinho de compras vazio do que um cheio, porque o carrinho cheio tem mais massa do que o vazio. Isso quer dizer que apenas pessoas muito fortes podem empurrar carrinhos de compra cheios.
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| Representação de um carrinho de compras imaginada por inteligência artificial (Meta AI). |
- um jogador de taco abaixa suas mãos para pegar a bola, caso contrário, não há tempo para parar a bola. O jogador deve, portanto, aplicar uma força descomunal para zerar a velocidade da bola ou mudar seu momento. O tempo para parar a bola aumenta quando o jogador abaixa suas mãos, nesse caso o jogador emprega menas força para mudar a variação de momento da bola, e não machuca as mãos.
- um lutador de karatê quebra as pilhas de telhas ou tijolos com um único golpe. O tempo para golpear as pilhas de telhas é muito pequeno. O lutador de karatê aplica uma força descomunal quando o momento da mão dele chega a zero e sua mão golpeia as pilhas de telhas em um intervalo de tempo muito limitado, fazendo-as quebrar.
Terceira Lei de Newton
A terceira lei do movimento anuncia que para cada ação existe uma reação equivalente e oposta que atua com o mesmo momento e a velocidade oposta.
É parecida com o sistema de dupla entrada em contabilidade financeira, onde para cada débito há um crédito equivalente.
O postulado diz que existe um par de forças que atua em dois corpos em cada interação.
O tamanho das forças no primeiro corpo equivale ao tamanho da força no segundo corpo.
A direção da força no primeiro corpo vai na contramão da direção da força no segundo objeto.
Forças sempre caminham em pares; pares de força ação-reação iguais e opostas. Débito e crédito. Ativos e despesas, e passivos, receitas e patrimônio.
Aplicações da terceira lei de Newton:
- quando o ar sai do balão, a reação oposta é a de que o balão voe.
- quando um indivíduo mergulha na piscina, ele empurra a borda, que o força em direção ao ar.
- um peixe usa suas nadadeiras para empurrar a água para trás. A água também empurra o peixe para frente, o que faz com que o peixe se movimente. O tamanho da força na água equivale ao tamanho da força no peixe; a direção da força na água (para trás) vai na contramão da força no peixe (para frente). Existe uma força de reação igual (em tamanho) e oposta (em direção) para cada ação. Esses pares de força ação-reação fazem com que peixes possam nadar a seu bel-prazer.
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| Representação de um peixe a nadar imaginada por inteligência artificial (Meta AI). |
- Pássaros voam com asas, que empurram o ar para baixo. O papel do ar consiste em empurrar o pássaro para cima, já que as forças resultam de interações mútuas. O tamanho da força no ar equivale ao tamanho da força no pássaro; a direção da força no ar (para baixo) vai na contramão da força no pássaro (para cima). Esses pares de força ação-reação permitem que pássaros voem a seu bel-prazer.
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| Representação de um pássaro a voar imaginada por inteligência artificial (Meta AI). |
Exercícios
1. O que acontece com uma bola rolante sem o impacto de nenhuma força?
a. A bola vai rolar mais rápido
b. A bola vai parar de repente
c. A bola vai manter o rolamento na mesma velocidade e direção
d. A bola vai mudar sua direção
e. A bola vai se mover em zigzag
Resposta: alternativa C
2. Se um corpo de quinze quilogramas se move a uma aceleração de 2 metros por segundo ao quadrado, qual é a força líquida que atua sobre ele?
a. 10 N
b. 20 N
c. 30 N
d. 40 N
e. 50 N
Resolução
Força = massa vezes aceleração
Força = 15 kg x 2 m/s2
Força = 30 N
Resposta: alternativa C
3. Um automóvel se move a uma velocidade constante em uma rodovia reta, muito como nos Estados Unidos. De acordo com a primeira lei de Newton, o que se pode dizer acerca da força que atua sobre o carro?
a. A força líquida é zero.
b. A força líquida equivale ao peso do carro.
c. A força líquida equivale à força de atrito.
d. A força líquida equivale à força gravitacional.
e. A força líquida equivale à força normal.
Resposta: alternativa A
4. Correr um pouco depois de sair de um ônibus em movimento previne machucados, porque:
a. a força líquida que atua sobre um corpo aumenta
b. o momento do corpo diminui
c. o efeito da gravidade do corpo diminui
d. o momento inicial do corpo se conserva
e. minimizar a variação da velocidade reduz o impacto da força
Resposta: alternativa E
5. Por que um indivíduo que sai de um ônibus em movimento precisa correr em direção ao ônibus ao aterrissar?
a. Para evitar cair para trás devido à inércia.
b. Para aumentar o momento.
c. Para reduzir a força de impacto.
d. Para ficar igual à velocidade do ônibus.
e. Para diminuir a velocidade.
Resposta: alternativa A
6. Qual é a força de reação quando alguém coloca um livro em cima da mesa?
a. O peso do livro
b. A força que a mesa exerce sobre o livro
c. A força que a gravidade exerce sobre o livro
d. A força que o livro exerce sobre a mesa
e. A força de atrito entre o livro e a mesa
Resposta: alternativa B
7. Qual dos seguintes cenários ilustra a primeira lei de Newton?
a. Uma bola rolando em uma superfície lisa para de repente devido ao atrito.
b. Um foguete acelera para cima devido à expulsão do gás para baixo.
c. Um indivíduo empurra um automóvel, que começa a se mover.
d. Um nadador empurra a água para trás para se mover para frente.
e. Um livro permanece em repouso em uma mesa até ser empurrado.
Resposta: alternativa E.
8. Qual dessas forças faz um carrinho de brinquedo parar quando empurrado?
a. Força da gravidade
b. Força elétrica
c. Força do atrito
d. Força magnética
e. Força de repulsão
Resposta: alternativa C
9. Qual das seguintes situações não representa a primeira lei de Newton?
a. Um corpo em repouso permanece em repouso até que uma força exerça sobre ele
b. Um corpo em movimento aumenta sua velocidade com o tempo
c. Um corpo em movimento permanece em movimento em velocidade constante até que uma força exerça sobre ele
Resposta: alternativa B
10. Um jogador de taco abaixa suas mãos para pegar a bola. Essa situação é um exemplo de qual lei de Newton?
a. Primeira lei
b. Segunda lei
c. Terceira lei
d. Nenhuma dessas
Resposta: alternativa B
11. Se um corpo de dois quilogramas requer uma força de dez Newtons, qual é a aceleração resultante?
a. 5 m/s2
b. 2 m/s2
c. 10 m/s2
d. 20 m/s2
e. 15 m/s2
Resolução:
Força líquida = massa vezes aceleração
10 N = 2 kg x a
a = 10 N / 2 kg
a = 5 m/s2
Resposta: alternativa A
12. Qual das seguintes situações ilustra a terceira lei de Newton?
a. Um livro a repousar em uma mesa
b. Um automóvel a acelerar em uma rodovia
c. Um foguete a ser lançado no espaço
d. Uma bola a rolar em uma ladeira
e. Um pêndulo a balançar para frente e para trás
Resposta: alternativa C
13. O que acontece quando uma força exerce sobre um corpo estacionário de acordo com a segunda lei de Newton?
a. O corpo começa a se mover ou acelerar
b. O corpo continua em repouso
c. O corpo se move contra a direção da força
Resposta: alternativa A
14. Se a massa de um corpo e força líquida que age sobre ele triplicam, quanto que a aceleração varia?
a. A aceleração fica igual
b. A aceleração cai pela metade
c. A aceleração dobra
d. A aceleração triplica
e. A aceleração reduz para um terço
Resposta: alternativa A
15. O produto entre a massa M e a aceleração A equivale a:
a. Inércia
b. Deslocamento
c. Momento
d. Força
Resposta: alternativa D
16. Toda ação tem uma reação igual e oposta. Esse postulado se refere a qual lei de Newton?
a. Primeira
b. Segunda
c. Terceira
d. Quarta
Resposta: alternativa C
17. Qual dessas forças atrai o indivíduo de volta para o chão quando ele pula?
a. Força que puxa
b. Força da gravidade
c. Força do atrito
d. Força magnética
e. Força elétrica
Resposta: alternativa B
18. A aceleração de um corpo ocorre devido a qual circunstância?
a. Massa
b. Forção balanceada
c. Força desbalanceada
d. Gravidade
Resposta: alternativa C
19. Qual das seguintes situações ilustra a terceira lei de Newton?
a. Um motorista a acelerar um automóvel ao pressionar o pedal do acelerador
b. Uma pessoa a caminhar para frente ao empurrar o chão para trás
c. Uma bola a cair no chão como resultado da gravidade
d. Um satélite a orbitar a Terra
e. Um livro a escorregar em uma mesa torta
Resposta: alternativa B
20. Dois patinadores no gelo se empurram no ringue. Se a massa de um patinador é 60 kg e o outro tem uma massa de 40 kg, e eles se empurram com a mesma força, o que é verdade acerca de suas acelerações?
a. O patinador de 60 kg tem a maior aceleração.
b. O patinador de 40 kg tem a maior aceleração.
c. Ambos patinadores têm a mesma aceleração.
d. Nenhum dos patinadores acelera.
e. A aceleração depende da superfície do gelo.
Resposta: alternativa B
21. Qual das seguintes situações melhor ilustra a terceira lei de Newton?
a. Uma bala proveniente de uma arma exerce uma força em direção ao alvo.
b. Um indivíduo sentado em uma cadeira se mantém sentado como resultado da gravidade da Terra.
c. Um foguete decola para cima quando gases expelem para baixo.
d. Um patinador a deslizar para parar como resultado das forças de atrito que atuam sobre os patins.
e. Um pêndulo a balançar para frente e para trás, como resultado da perda de altura ao longo do tempo.
Resposta: Alternativa C
22. Uma força de vinte Newtons atua sobre um corpo de cinco quilogramas. Qual é a aceleração do corpo?
a. 2 m/s2
b. 4 m/s2
c. 5 m/s2
d. 10 m/s2
e. 20 m/s2
Resolução:
Força líquida = massa vezes aceleração
20 N = 5 kg x a
a = 20 N / 5 kg
a = 4 m/s2
Resposta: alternativa B
23. Um atleta pula mais longe se ele correr de uma certa distância do que se ele pular de repente. A situação descrita se aplica a qual tipo de inércia?
a. Descanso
b. Movimento
c. Direção
d. Posição
Resposta: alternativa B
24. Qual dos seguintes postulados melhor define a inércia?
a. A tendência de um corpo em mudar seu estado de movimento
b. A tendência de um corpo em resistir as variações em seu estado de movimento
c. A força necessária para mover um corpo
d. A aceleração de um corpo em resposta à gravidade
e. O momento de um corpo em movimento
Resposta: alternativa B
25. O que acontece com a corda em um jogo de cabo de guerra em que os dois lados puxam com a mesma força?
a. A corda se rompe
b. A corda se move para o lado esquerdo
c. A corda se move para o lado direito
d. A corda não se move
e. A corda fica maior
Resposta: alternativa D
26. Uma força leva um corpo de quinze quilos a acelerar a três metros por segundo ao quadrado. Qual é a magnitude da força?
a. 5 N
b. 15 N
c. 30 N
d. 45 N
e. 50 N
c. 30 N
d. 45 N
e. 50 N
Resolução:
Força líquida = massa vezes aceleração
Força = 15 kg x 3 m/s2
Força = 45 N
Resposta: alternativa D
27. Qual desses postulados descreve a segunda lei de Newton?
a. A taxa de variação do momento é diretamente proporcional à força aplicada e essa variação sempre acontece na direção da força aplicada.
b. O corpo (ou a economia) permanece em repouso ou em movimento uniforme ao longo de uma linha reta a não ser que uma força externa (como a intervenção do Estado) entre em ação.
c. Toda ação tem uma reação igual e oposta que atua com o mesmo momento e velocidade oposta.
d. Todas as interações dependem de um par de forças que atuem sobre dois objetos.
Resposta: alternativa A
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