Leis de Newton do Movimento Física básica 1 Capítulos 3 do SZ e MN

Conteúdo Introdução Forças e interações Primeira Lei de Newton Segunda Lei de Newton Massa e peso Terceira Lei de Newton Diagramas de corpo livre

Conceitos fundamentais na dinâmica Introdução Cinemática: descrição do movimento. Dinâmica: causas do movimento. Mecânica Newtoniana: 1687 Newton formula três leis, extraídas da experiência as quais são a base da mecânica clássica. Conceitos fundamentais na dinâmica Força Aceleração Velocidade Massa

Forças e interações Força: interação entre dois corpos ou do corpo com o ambiente. A maneira correta de falar é dizer que um corpo “exerce uma força sobre outro corpo”. Forças são vetores. Tipos de forças: Força de contato: contato direto entre corpos. Forças de longo alcance: atuam mesmo que os corpos estejam afastados entre sim.

Exemplos de forças de contato Força normal: a superfície exerce uma força perpendicular sobre o corpo que repousa sobre ela. Força de atrito: a superfície exerce uma força paralela sobre o corpo que repousa ou se move sobre ela. Força de tensão: associada ao processo de puxar um objeto usando uma corda extendida. Força Normal Força de atrito Força de tensão

Exemplos de forças de longo alcance Força gravitacional: qualquer corpo que tenha massa atrai um outro corpo com massa. Ela é proporcional à massa dos corpos e inversamente proporcional à distância. Na Terra, o peso é o nome que damos à atração gravitacional que o planeta exerce sobre qualquer corpo que esteja sobre a superfície. Superfície da Terra

Força eletrostática: exercida por qualquer corpo com carga sobre outro corpo também com carga. Tem cargas que se atraem (e dizemos que essa cargas tem sinal contrário) e cargas que se repelem (cargas com o mesmo sinal). As forças gravitacional e eletrostática são exemplos de forças centrais.

Valores típicos dos módulos de algumas forças Unidades de força: Newton (N) Nome Valor Atração gravitacional Sol-Terra 3,5 x 1022 N Força de propulsão de um ônibus espacial durante o lançamento 3,1 x 107 N Peso de uma baléia azul 1,9 x 106 N Peso de uma maça média 1 N Peso do menor ovo de um inseto 2 x 10-6 N Atração elétrica entre o próton e o elétron em um átomo de hidrogênio 8,2 x 10-8 N Atração gravitacional entre o próton e o elétron em um átomo de hidrogênio 3,6 x 10-47 N

Superposição de forças Quando um conjunto de forças atuam simultaneamente sobre um corpo, o efeito sobbre o movimento é o mesmo que o efeito produzido por uma única força, que é a resultante da soma vetorial de todas as forças: 𝐹 𝑅 = 𝑖 𝐹 𝑖

Sempre podemos decompor a força em componentes definidos em um sistema de referência.

Primeira Lei de Newton Quando a força resultante sobre um corpo é igual a zero, sua aceleração é nula e ele se move com velocidade constante. Caso particular: velocidade nula. Inércia: tendência de um corpo de continuar o movimento, uma vez iniciado. O que importa é conhecer a força resultante, no caso de várias forças atuando sobre um corpo. Se a força resultante que atua sobre um corpo é nula, ele esta em equilíbrio.

Sistema de referência inercial Um sistema de referência inercial é aquele que não esta acelerado. A primeira lei de Newton é válida só neste tipo de sistema de referência. Exemplos: Carro com velocidade constante? Ônibus acelerando? Superfície Terrestre? Inercial Não Inercial. Formalmente é Não Inercial. A aceleração é tão baixa comparada com o movimento de corpos na superfície que podemos considerar-lhe como inercial

A aceleração do objeto dentro do trem é originada pelo movimento acelerado do trem e não por uma força resultante atuando sobre o corpo. Mas um observador de fora poderia pensar que existe uma força atuando sobre o corpo...o que não é verdade

Sistemas inerciais = velocidade relativa constante Se temos um sistema inercial A, que obedece a primeira lei, então qualquer outro sistema de referência B com velocidade relativa nula ou constante é também um sistema de referência inercial. A bola está em repouso: a força resultante é zero e a bola está em equilíbrio A bola está em repouso: a força resultante é zero e a bola está em equilibrio 𝑥 ′ 𝑦 ′ 𝑂 ′ 𝑥 ′ 𝑦 ′ 𝑂 ′ 𝑉 𝑂 ′ /𝑂 A bola está em movimento com velocidade constante: a força resultante é zero e a bola está em equilíbrio A bola está em repouso: a força resultante é zero e a bola está em equilibrio 𝑥 𝑦 𝑂 𝑥 𝑦 𝑂 Os dois observadores chegam a mesma conclusão central: a força resultante na bola é nula e a bola está em equilibrio.

A Segunda Lei de Newton 𝑖 𝐹 𝑖 = 𝐹 𝑅 =𝑚 𝑎 Unidades de força N=kg m/s2 Quando uma força resultante externa atua sobre um corpo, ele é acelerado. A aceleração possui a mesma direção e sentido da força resultante. O seu módulo é proporcional ao módulo da força, sendo a constante de proporcionalidade a massa do corpo. 𝑖 𝐹 𝑖 = 𝐹 𝑅 =𝑚 𝑎 Unidades de força N=kg m/s2

Para não esquecer... A 2ª lei é uma equação vetorial e pode ser escrita usando as componentes da força e da aceleração em um certo sistema de referência. A 2ª lei esta associada a forças externas que atuam sobre o corpo. A 2ª lei é válida quando a massa do corpo é constante. A 2ª lei é válida somente em sistemas de referência inerciais.

Massa e peso Peso: força gravitacional que a Terra exerce sobre qualquer corpo. Massa: quantifica o “quão fácil” é mover um corpo. Dizemos que a massa caracteriza a propriedade da inércia. 𝑃 𝐹 𝑝 =𝑚 𝑔 Peso massa

Peso em lugares diferentes A aceleração que um corpo tem durante a queda livre é diferente na Lua do que na Terra. Como a Lua é menos massiva, sua força gravitacional é menor á da terra.

A Terceira Lei de Newton Quando um corpo A exerce uma força sobre o corpo B (uma “ação”), o corpo B exerce também uma força sobre o corpo A (uma “reação”). Essas duas forças têm o mesmo módulo e a mesma direção, mas possuem sentidos contrários. ELAS ATUAM EM CORPOS DIFERENTES 𝐹 𝐴𝐵 =− 𝐹 𝐵𝐴

Entendendo a terceira lei Par de ação e reação: representam uma interação mútua entre dois corpos 1 Terra-maça 2 Mesa-maça Dois pares ação e reação

Diagramas de corpo livre Para entender como um corpo se move deve-se lembrar que: A primeira e segunda leis de Newton se aplicam a um corpo específico. Só importam as forças que atuam sobre o corpo. Os diagramas do corpo livre ajudam na identificação das forças relevantes na descrição do movimento (ou não) de um corpo.

Exemplos de diagramas de corpo livre Dois Corpos