1a Lei de Newton

1a LEI DE NEWTON (PRINCÍPIO DA INÉRCIA)

Nesta aula faremos uma introdução às Leis de Newton.

As leis de Newton são geniais exatamente porque sintetizam, em poucas linhas, milênios de saber acumulado por diversas civilizações. Porém, os conceitos de massa, inércia e de força não são simples, naturais e nem intuitivos. Pelo contrário. Estas ideias presentes nas Leis de Newton são frutos de um processo que vai contra o senso comum intuitivo.

Muitos fenômenos que ocorrem no cotidiano geram diversas perguntas, tais como: Como isso acontece? Para que isso serve? Através das Leis de Newton, é possível explicar alguns desses fenômenos. As Leis de Newton são os itens principais e necessários para a construção do que conhecemos hoje por Mecânica Newtoniana, ou ainda, de Mecânica Clássica, pois a mesma explica de forma clara e precisa a física cotidiana que está relacionada aos inúmeros movimentos ocorridos no nosso dia a dia. As ideias feitas para a formulação dessas leis foram descritas por Isaac Newton em sua obra escrita em Latim, Philosophie Naturalis Principia Mathematica – Princípios Matemáticos da Filosofia Natural.

A primeira lei denominada de Princípio da Inércia, afirma que na falta de forças exercidas sobre um determinado corpo ou objeto, este tende a permanecer em seu estado atual, isto é, em movimento se estiver em movimento retilíneo uniforme, ou em repouso se estiver parado. São várias as situações vivenciadas na vida diária do ser humano que podem receber suas devidas explicações através do Princípio da Inércia.

A partir destas aulas vamos mergulhar nestes conceitos e compreende-los à luz da ciência.

Assista ao vídeo abaixo:

EVOLUÇÃO HISTÓRICA

Antes de começarmos nosso estudo a respeito do movimento, vamos analisar o seguinte questionamento: é necessária a ação de uma força para manter um movimento?

Em situações em que é necessário mover algum objeto (como, por exemplo, uma mesa, uma cadeira, um sofá etc.), temos que fazer um esforço muscular para mover esses objetos. Na Física, a ideia de esforço está ligada ao conceito de força.

Por exemplo, é necessário aplicar uma força sobre uma mesa para que ela se movimente. Isso pode ser feito arrastando-a pela sala. Mas percebemos que para que não cesse o movimento a força deve ser aplicada durante todo o movimento, pois, caso paremos de exercer tal força, veremos que a mesa cessa seu movimento.

Quando corremos acontece a mesma coisa. Para manter nossa velocidade, precisamos da força muscular de nossas pernas o tempo todo. Se pararmos de empurrar o chão, ele para de nos empurrar e, assim, paramos de nos mover. Muitas situações como essas sugerem que a aplicação contínua de uma força é necessária para manter um objeto em movimento.

COMO VIMOS NAS AULAS PASSADAS, de acordo com o filósofo Aristóteles, quando a força deixa de atuar sobre um corpo (objeto), imediatamente ele volta ao seu estado inicial, ou seja, ao repouso. E você concorda com a afirmação do filósofo Aristóteles? Caso não concorde, é capaz de se lembrar de um exemplo de objeto em movimento que permaneça assim após o fim da aplicação da força que provocou o seu movimento?

Vamos analisar as seguintes situações:

• Você está correndo muito quando, de repente, se depara com um amigo, que, andando distraidamente em sua direção, para bem na sua frente. Para evitar a colisão, basta você parar de fazer força com suas pernas?

• E quando você, jogando sinuca, dá uma tacada na bola, ela para imediatamente após o contato com o taco ou continua se movendo por algum tempo? Pense em outras situações semelhantes.

Podemos dizer que muito tempo passou até que se admitisse que poderia haver movimento mesmo sem uma força estar atuando sobre o objeto. Foi Galileu Galilei, que, através de diversos experimentos, contribuiu decisivamente para refutar a visão que o filósofo Aristóteles apresentava sobre o movimento. Porém, foi Isaac Newton que, com base nas idealizações de Galileu, formulou o Princípio da Inércia, que, em sua homenagem, conhecemos hoje como Primeira Lei de Newton.

A PRIMEIRA LEI DE NEWTON E A CONSERVAÇÃO DA QUANTIDADE DE MOVIMENTO

A lei da Inércia, ou 1a lei de Newton, se originou a partir do teorema da conservação da quantidade de movimento, que já estudamos.

O conceito de quantidade de movimento como conhecemos hoje (Q = m. v), foi formulado pelo filósofo Rene Descartes no século XVII.

Vamos relembrar:

• O módulo da quantidade de movimento de um corpo é o produto entre sua massa e sua velocidade: Q = m.v.

• Esta quantidade de movimento Q sempre se conserva num sistema isolado. O que isso significa? Que na ausência de forças externas, o movimento se conserva, ou seja o movimento não pode ser criado e nem desaparecer.

• Um corpo pode "transmitir" movimento para outro corpo, mas a quantidade de movimento total é sempre constante (conservada).

• Se um corpo com, por exemplo, 25 Kg.m/s de quantidade de movimento (Q) se choca com outro que está parado (portanto tem 0 de quantidade de movimento) e transfere 10 Kg.m/s para ele, este corpo que estava parado passa a se mover com essa Q = 10 Kg.m/s. Mas essa Q veio do outro corpo que já estava em movimento, que por sua vez irá perder exatamente esse valor de Q, passando a se mover com 15 Kg.m/s de forma que a Q total do sistema continua a ser 25 Kg.m/s, ou seja, se conserva.

Ao analisarmos esse princípio com um pouco mais de profundidade, perceberemos que a 1a lei de Newton diz exatamente a mesma coisa:

1a Lei de Newton:

Esta lei diz que se um corpo está parado, ele continua parado até que uma força tire este corpo do estado de repouso. Por outro lado, se um corpo está em movimento, ele continua em movimento, mesmo sem a ação de uma força. Se um corpo está em movimento, ele continua em movimento numa linha reta até que uma força faça este corpo parar ou alterar este movimento.

Esta lei derruba definitivamente a física de Aristóteles que dizia que um corpo só pode estar em movimento se houver uma força aplicada nele.Vemos aqui que se um corpo estiver em movimento, ele continua em movimento.

Ora, o princípio da conservação da quantidade de movimento diz a mesma coisa.

Se a quantidade de movimento se conserva, então o corpo só poderá alterar essa quantidade se ele "transmitir" esse movimento para outro corpo por meio de uma interação, ou seja, por meio de uma força. Se não houver interação, a quantidade de movimento deste corpo se conserva, então ele permanece em movimento.

A partir dessa lei podemos definir o conceito de inércia:

EXEMPLOS:

1 - Quando um ônibus sai a partir do repouso os passageiros tendem a se "deslocar para trás". Na verdade eles não se deslocam para trás. Pela 1a lei de Newton, como eles estavam em repouso a tendência é que permaneçam em repouso, mas como o ônibus entra em movimento, temos a impressão que vamos para trás.

2 - Se o ônibus em questão, estiver de acordo com a leis de segurança, haverá cinto de segurança e o próprio encosto da cabeça. Quando ocorre uma colisão especialmente traseira, no momento do impacto o passageiro é "lançado para frente" (na verdade não é lançado para frente. Como o passageiro já estava em movimento junto com o ônibus, a tendencia dele é continuar em movimento. Como o ônibus pára bruscamente por causa da colisão, temos a impressão que somos "jogados para frente". O cinto de segurança e o encosto de cabeça servem para que os corpos dos passageiros parem junto com o ônibus e não continuem em movimento, como afirma a lei de Newton.

Agora é com você, faça a atividade abaixo:

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REFERÊNCIAS:

https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/breve-historia-lei-inercia.htm

PONCZEK (2002, p. 22 citado por PERNOMIAN; FUSINATO, 2013)

https://www.editorarealize.com.br/revistas/joinbr/trabalhos/TRABALHO_EV081_MD4_SA77_ID2499_15092017213748.pdf

http://dfisweb.uefs.br/caderno/vol9n12/PatrickPonczek.pdf