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Leis do movimento de Newton

Leis do movimento de Newton

Esta animação mostra as três leis do movimento de Isaac Newton que estabeleceram as bases da mecânica clássica.

Física

Palavras-chave

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Perguntas

  • O que acontece a um objeto em movimento se nenhuma força externa atuar sobre ele?
  • Porque é que temos de exercer uma força sobre um objeto no chão para o manter em movimento retilíneo uniforme?
  • A Terra atrai uma bola com uma força de 1 N. Com que força é que a bola atrai a Terra?
  • Qual a magnitude das forças gravitacionais de dois objetos, de massas diferentes, que atuam um sobre o outro?
  • Forças iguais atuam sobre duas naves espaciais de massas diferentes. Qual é a nave espacial que experimenta maior aceleração?
  • Qual é o estado natural dos objetos?
  • Qual é o título da obra mais importante de Newton?
  • O que NÃO foi publicado por Newton?
  • A que campo é que Newton não se dedicou?

Cenas

Primeira lei de Newton

  • Um objecto permanece em repouso ou em movimento retilíneo uniforme até uma força externa atuar sobre ele.
  • força de atrito cinético - O atrito atua sobre os objetos em movimento. Esta força modifica o estado do movimento dos objetos, desacelerando-os. (desaceleração é aceleração negativa.) O objeto teria movimento uniforme se o atrito não atuasse sobre ele.
  • força de atrito cinético - O atrito atua continuamente sobre os objetos em movimento, tentando alterar o seu estado de movimento. É necessário exercer uma força sobre o corpo para o manter em movimento retilíneo uniforme. Esta força é necessária para ultrapassar uma outra força, o atrito.
  • força de tração - É necessário que esta força atue sobre o objeto em movimento porque o atrito desacelera o mesmo. Quando a força de tração e de atrito são da mesma magnitude e têm sentidos opostos, isto é, quando a força resultante que atua sobre um objeto é zero, o objeto está em movimento retilíneo uniforme. Assim, o facto de o objeto na secretária desacelerar e eventualmente parar não contradiz a primeira lei de Newton, pois o atrito atua continuamente sobre o objeto.
  • A aceleração de um objeto é proporcional à força que atua sobre ele, apontando no sentido da força (F = ma).
  • impulso - O motor exerce impulso na nave espacial e, portanto, acelera-a. A nave espacial está em movimento retilíneo uniforme (ou mantém-se em repouso) no espaço, porque aí praticamente não existe atrito.
  • forças de impulso iguais
  • objeto de massa menor
  • objeto de massa maior - O objeto com maior massa irá sofrer uma aceleração menor quando o mesmo impulso atuar sobre ele. A massa de um objeto é a sua resistência a sofrer aceleração quando lhe é aplicada uma força, isto é, a medida da inércia ou massa inercial.
  • massas iguais
  • impulso menor
  • impulso maior - Se dois objetos têm massas iguais, o objeto sobre o qual a força de maior magnitude é exercida sofrerá maior aceleração.
  • Quando um objeto exerce uma força sobre outro, o segundo objeto também exerce uma força sobre o primeiro. As duas forças são iguais em magnitude e têm sentidos opostos.
  • força - O astronauta exerce esta força na bola; é provocada aceleração na bola.
  • força contrária - A bola exerce esta força no astronauta; é provocada aceleração no astronauta.
  • força - Impulsiona a bala para fora do cano da arma de fogo.
  • força contrária - Causa o coice da arma.
  • força
  • força contrária - A bola exerce uma força no chão, enquanto o chão exerce uma força sobre a bola de igual magnitude mas no sentido oposto. É por isso que a bola ressalta.
  • força (peso) - A maçã atrai o ramo ou o dinamómetro com esta força.
  • força contrária - O ramo ou o dinamómetro atraem a maça com esta força. Contrapõe a força gravitacional da maçã, caso contrário a maçã aceleraria em qualquer direção.
  • força (peso) - A Terra atrai a maçã com esta força.
  • força contrária - A maçã atrai a Terra com esta força.

De acordo com a primeira lei do movimento de Newton, todos os objetos num movimento retilíneo uniforme ou em repouso mantêm o seu estado a não ser que sofram a ação de uma força externa. Assim, o movimento é um estado em que uma força é necessária para o variar, mas não para o manter.

Antes de Newton, os cientistas acreditavam que era necessária uma força para manter o movimento, pois os objetos mantêm-se em repouso a não ser que uma força atue sobre estes. Com efeito, é necessária uma força tanto para iniciar, como para parar o movimento. No entanto, o atrito pode facilmente induzir-nos em erro.

Um objeto em movimento numa secretária irá parar, não porque uma força atua sobre si, mas por causa do atrito, que altera o estado do movimento do objeto. Para manter este objeto em movimento retilíneo uniforme, temos de exercer uma força. No entanto, com esta força, apenas contrabalançamos o efeito do atrito.

A inércia só se aplica em quadros de referência específicos, chamados referenciais inerciais, nos quais a aceleração nula se aplica. Por exemplo, um carro em aceleração não é um referencial inercial: nós somos empurrados contra o assento do carro, mesmo que nenhuma força esteja a atuar sobre nós. Uma boa representação deste referencial de inércia poderia ser uma nave espacial em movimento, sem atrito, no espaço, longe da presença de corpos celestiais massivos.

Segunda lei de Newton

  • Um objecto permanece em repouso ou em movimento retilíneo uniforme até uma força externa atuar sobre ele.
  • força de atrito cinético - O atrito atua sobre os objetos em movimento. Esta força modifica o estado do movimento dos objetos, desacelerando-os. (desaceleração é aceleração negativa.) O objeto teria movimento uniforme se o atrito não atuasse sobre ele.
  • força de atrito cinético - O atrito atua continuamente sobre os objetos em movimento, tentando alterar o seu estado de movimento. É necessário exercer uma força sobre o corpo para o manter em movimento retilíneo uniforme. Esta força é necessária para ultrapassar uma outra força, o atrito.
  • força de tração - É necessário que esta força atue sobre o objeto em movimento porque o atrito desacelera o mesmo. Quando a força de tração e de atrito são da mesma magnitude e têm sentidos opostos, isto é, quando a força resultante que atua sobre um objeto é zero, o objeto está em movimento retilíneo uniforme. Assim, o facto de o objeto na secretária desacelerar e eventualmente parar não contradiz a primeira lei de Newton, pois o atrito atua continuamente sobre o objeto.
  • A aceleração de um objeto é proporcional à força que atua sobre ele, apontando no sentido da força (F = ma).
  • impulso - O motor exerce impulso na nave espacial e, portanto, acelera-a. A nave espacial está em movimento retilíneo uniforme (ou mantém-se em repouso) no espaço, porque aí praticamente não existe atrito.
  • forças de impulso iguais
  • objeto de massa menor
  • objeto de massa maior - O objeto com maior massa irá sofrer uma aceleração menor quando o mesmo impulso atuar sobre ele. A massa de um objeto é a sua resistência a sofrer aceleração quando lhe é aplicada uma força, isto é, a medida da inércia ou massa inercial.
  • massas iguais
  • impulso menor
  • impulso maior - Se dois objetos têm massas iguais, o objeto sobre o qual a força de maior magnitude é exercida sofrerá maior aceleração.
  • Quando um objeto exerce uma força sobre outro, o segundo objeto também exerce uma força sobre o primeiro. As duas forças são iguais em magnitude e têm sentidos opostos.
  • força - O astronauta exerce esta força na bola; é provocada aceleração na bola.
  • força contrária - A bola exerce esta força no astronauta; é provocada aceleração no astronauta.
  • força - Impulsiona a bala para fora do cano da arma de fogo.
  • força contrária - Causa o coice da arma.
  • força
  • força contrária - A bola exerce uma força no chão, enquanto o chão exerce uma força sobre a bola de igual magnitude mas no sentido oposto. É por isso que a bola ressalta.
  • força (peso) - A maçã atrai o ramo ou o dinamómetro com esta força.
  • força contrária - O ramo ou o dinamómetro atraem a maça com esta força. Contrapõe a força gravitacional da maçã, caso contrário a maçã aceleraria em qualquer direção.
  • força (peso) - A Terra atrai a maçã com esta força.
  • força contrária - A maçã atrai a Terra com esta força.

De acordo com a segunda lei do movimento de Newton, a aceleração e a resultante das forças que atuam sobre um objeto são diretamente proporcionais.

Se a força que atua sobre um objeto duplicar ou triplicar, a aceleração do corpo também aumentará para o dobro ou para o triplo. O fator de proporcionalidade é a massa. Se a massa do objeto for duas ou três vezes maior, a sua aceleração será duas ou três vezes menor, se a mesma força atuar sobre os objetos.

A massa define a resistência de um objeto à aceleração, portanto, a massa é uma medida da inércia. A formula é F=ma. A massa é medida em quilogramas e a aceleração em m/s². Assim, a força é medida em kg m/s², ou newton (N). 1 N é a força necessária para imprimir aceleração a um corpo com massa de 1 kg ao ritmo de 1 m/s².

Terceira lei de Newton

  • Um objecto permanece em repouso ou em movimento retilíneo uniforme até uma força externa atuar sobre ele.
  • força de atrito cinético - O atrito atua sobre os objetos em movimento. Esta força modifica o estado do movimento dos objetos, desacelerando-os. (desaceleração é aceleração negativa.) O objeto teria movimento uniforme se o atrito não atuasse sobre ele.
  • força de atrito cinético - O atrito atua continuamente sobre os objetos em movimento, tentando alterar o seu estado de movimento. É necessário exercer uma força sobre o corpo para o manter em movimento retilíneo uniforme. Esta força é necessária para ultrapassar uma outra força, o atrito.
  • força de tração - É necessário que esta força atue sobre o objeto em movimento porque o atrito desacelera o mesmo. Quando a força de tração e de atrito são da mesma magnitude e têm sentidos opostos, isto é, quando a força resultante que atua sobre um objeto é zero, o objeto está em movimento retilíneo uniforme. Assim, o facto de o objeto na secretária desacelerar e eventualmente parar não contradiz a primeira lei de Newton, pois o atrito atua continuamente sobre o objeto.
  • A aceleração de um objeto é proporcional à força que atua sobre ele, apontando no sentido da força (F = ma).
  • impulso - O motor exerce impulso na nave espacial e, portanto, acelera-a. A nave espacial está em movimento retilíneo uniforme (ou mantém-se em repouso) no espaço, porque aí praticamente não existe atrito.
  • forças de impulso iguais
  • objeto de massa menor
  • objeto de massa maior - O objeto com maior massa irá sofrer uma aceleração menor quando o mesmo impulso atuar sobre ele. A massa de um objeto é a sua resistência a sofrer aceleração quando lhe é aplicada uma força, isto é, a medida da inércia ou massa inercial.
  • massas iguais
  • impulso menor
  • impulso maior - Se dois objetos têm massas iguais, o objeto sobre o qual a força de maior magnitude é exercida sofrerá maior aceleração.
  • Quando um objeto exerce uma força sobre outro, o segundo objeto também exerce uma força sobre o primeiro. As duas forças são iguais em magnitude e têm sentidos opostos.
  • força - O astronauta exerce esta força na bola; é provocada aceleração na bola.
  • força contrária - A bola exerce esta força no astronauta; é provocada aceleração no astronauta.
  • força - Impulsiona a bala para fora do cano da arma de fogo.
  • força contrária - Causa o coice da arma.
  • força
  • força contrária - A bola exerce uma força no chão, enquanto o chão exerce uma força sobre a bola de igual magnitude mas no sentido oposto. É por isso que a bola ressalta.
  • força (peso) - A maçã atrai o ramo ou o dinamómetro com esta força.
  • força contrária - O ramo ou o dinamómetro atraem a maça com esta força. Contrapõe a força gravitacional da maçã, caso contrário a maçã aceleraria em qualquer direção.
  • força (peso) - A Terra atrai a maçã com esta força.
  • força contrária - A maçã atrai a Terra com esta força.

De acordo com a lei da ação e reação (3ª lei de Newton), quando um objeto exerce uma força sobre outro objeto, o segundo objeto exerce simultaneamente uma força no primeiro objeto. As duas forças são iguais em magnitude e opostas em direção. Isto significa que as forças atuam sempre em pares.

Este princípio também se aplica a foguetes. A ação é a força produzida pela expulsão dos gases de combustão pelo bocal. A força da reação impulsiona o foguete na direção oposta.

Os nossos pés exercem uma força sobre o chão e o chão "empurra" os nossos pés com a mesma força. A força que atrai a Terra em direcção a um objeto é igual à força que atrai o objeto em direcção à Terra.

Exercício

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