A primeira lei de Newton é conhecida como a lei da inércia. De acordo com essa lei, todo corpo tende a permanecer em seu estado atual de movimento: seja movendo-se em linha reta, seja permanecendo em repouso, a menos que uma força resultante diferente de zero atue sobre ele.
Embora seja uma lei de grande importância para o entendimento da dinâmica, nas provas do Enem, a 1ª lei de Newton é geralmente abordada de forma contextualizada e pode aparecer em questões que não envolvem exclusivamente o estudo das forças.
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Como estudar a primeira lei de Newton para o Enem?
Quando for estudar a primeira lei de Newton, saiba que quaisquer questões que levem em conta o conceito de inércia possivelmente exigirão conhecimentos sobre as outras duas leis de Newton:
- a lei da superposição de forças (2ª lei de Newton);
- e o princípio da ação e reação (3ª lei de Newton).
Além disso, é importante saber que a lei da inércia pode estar inserida em questões que não envolvem diretamente esse assunto. Nesses casos, é importante sempre se lembrar de alguns aspectos.
- Quando a força resultante sobre um corpo é igual a zero, ele tanto pode estar parado quanto em movimento retilíneo e uniforme.
- O termo equilíbrio de forças também costuma ser usado para indicar que as forças que atuam sobre um corpo cancelam-se.
- Quanto maior for a inércia de um corpo, maior será a força necessária para alterar seu estado de movimento.
- Lembre-se de que a inércia de um corpo causa a impressão de que há uma força que se opõe à variação de velocidade, no entanto essas “forças” são fictícias e resultam da observação do movimento a partir de um referencial acelerado.
- A força centrífuga é um exemplo de força fictícia. Nesse caso, a inércia é a responsável pelos corpos serem “lançados” na direção tangente enquanto realizam trajetórias curvilíneas, nos casos em que a força centrípeta deixa de agir sobre esses corpos.
- O conceito de inércia pode ser cobrado no Enem em diferentes contextos – no estudo da gravitação, força magnética, força elétrica, empuxo etc., portanto estude os diversos tipos de forças.
Que tal agora darmos uma boa revisada na primeira lei de Newton para você se preparar melhor para o Enem?
Definição da primeira lei de Newton
A definição formal da primeira lei de Newton é a seguinte:
“Todo corpo continua em seu estado de repouso ou de movimento uniforme em uma linha reta, a menos que seja forçado a mudar aquele estado por forças aplicadas sobre ele.”
De acordo com essa lei, se a força resultante sobre um corpo for nula, esse corpo deverá permanecer em repouso ou ainda se mover em linha reta, com velocidade constante. A lei da inércia também nos ajuda a compreender de onde surgem as “forças inerciais” – forças que sentimos quando sofremos alguma aceleração, como quando estamos em um elevador em movimento ou, ainda, quando entramos com um carro em uma curva em alta velocidade e nos sentimos empurrados para os lados. De acordo com o princípio da inércia, o que sentimos nesses casos é, na verdade, a inércia dos nossos próprios corpos, isto é, a nossa oposição à mudança de nossos estados de movimento.
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Exemplos práticos da primeira lei de Newton
A primeira lei de Newton pode ser observada em um grande número de situações do cotidiano. Além disso, existem dispositivos cujo funcionamento é baseado nesse princípio da dinâmica, como o cinto de segurança. Vamos conferir alguns exemplos práticos que ilustram o princípio previsto na primeira lei de Newton.
- Quando puxamos rapidamente uma toalha de mesa colocada debaixo de vários objetos, como copos, jarras, pratos etc., esses objetos permanecem em repouso, uma vez que a força de atrito que atua sobre eles é muito pequena.
- Quando estamos no carro ou no ônibus e o veículo precisa fazer uma frenagem brusca, sentimos nossos corpos sendo “lançados” para frente. Isso acontece porque estávamos nos movendo na velocidade do veículo e, por isso, tendemos a continuar nos movendo em linha reta e na mesma velocidade.
Como calcular a inércia de um corpo?
A inércia de um corpo pode ser calculada com o auxílio da 2ª lei de Newton. De acordo com essa lei, a inércia é a medida da massa de um corpo, que, por sua vez, pode ser calculada a partir do princípio fundamental da dinâmica. De acordo com esse princípio, a força resultante que atua sobre um corpo é igual ao produto de sua massa pela aceleração. Observe:
|FR| - módulo da força resultante (N)
m – massa do corpo (kg)
a – aceleração (m/s²)
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Questões do Enem sobre a primeira lei de Newton
Questão 1 — (Enem) Em uma colisão frontal entre dois automóveis, a força que o cinto de segurança exerce sobre o tórax e abdômen do motorista pode causar lesões graves nos órgãos internos. Pensando na segurança do seu produto, um fabricante de automóveis realizou testes em cinco modelos diferentes de cinto. Os testes simularam uma colisão de 0,30 segundo de duração, e os bonecos que representavam os ocupantes foram equipados com acelerômetros. Esse equipamento registra o módulo da desaceleração do boneco em função do tempo. Os parâmetros como massa dos bonecos, dimensões dos cintos e velocidade imediatamente antes e após o impacto foram os mesmos para todos os testes. O resultado final obtido está no gráfico de aceleração por tempo.
Qual modelo de cinto oferece menor risco de lesão interna ao motorista?
a) 1
b) 2
c) 3
d) 4
e) 5
Resolução:
Analisando o gráfico, é possível perceber que a menor desaceleração é proporcionada pelo cinto de segurança 2. Para tanto, basta verificar a amplitude da curva pontilhada, que é inferior às demais curvas. Uma menor desaceleração durante uma batida proporciona maior segurança para os passageiros, que sofrerão menos danos por conta de sua própria inércia, logo a alternativa correta é a letra B.
Questão 2 — (Enem) Para entender os movimentos dos corpos, Galileu discutiu o movimento de uma esfera de metal em dois planos inclinados sem atritos e com a possibilidade de se alterarem os ângulos de inclinação, conforme mostra a figura. Na descrição do experimento, quando a esfera de metal é abandonada para descer um plano inclinado de um determinado nível, ela sempre atinge, no plano ascendente, no máximo, um nível igual àquele em que foi abandonada.
Se o ângulo de inclinação do plano de subida for reduzido a zero, a esfera:
a) manterá sua velocidade constante, pois o impulso resultante sobre ela será nulo.
b) manterá sua velocidade constante, pois o impulso da descida continuará a empurrá-la.
c) diminuirá gradativamente a sua velocidade, pois não haverá mais impulso para empurrá-la.
d) diminuirá gradativamente a sua velocidade, pois o impulso resultante será contrário ao seu movimento.
e) aumentará gradativamente a sua velocidade, pois não haverá nenhum impulso contrário ao seu movimento.
Resolução:
Em seu experimento sobre a inércia dos corpos, Galileu verificou que, caso o ângulo de inclinação do plano de subida fosse nulo e sendo esse plano perfeitamente liso, a esfera deveria mover-se indefinidamente, sempre com a mesma velocidade, uma vez que não haveria força resultante alguma agindo sobre a esfera. Dessa maneira, a alternativa correta é a letra B.
Questão 3 — (Enem) O ônibus espacial Atlantis foi lançado ao espaço com cinco astronautas a bordo e uma câmera nova, que iria substituir uma outra danificada por um curto-circuito no telescópio Hubble. Depois de entrarem em órbita a 560 km de altura, os astronautas se aproximaram do Hubble. Dois astronautas saíram da Atlantis e se dirigiram ao telescópio.
Ao abrir a porta de acesso, um deles exclamou: “Esse telescópio tem a massa grande, mas o peso é pequeno.”
Considerando o texto e as leis de Kepler, pode-se afirmar que a frase dita pelo astronauta:
a) se justifica porque o tamanho do telescópio determina a sua massa, enquanto seu pequeno peso decorre da falta de ação da aceleração da gravidade.
b) se justifica ao verificar que a inércia do telescópio é grande comparada à dele próprio, e que o peso do telescópio é pequeno porque a atração gravitacional criada por sua massa era pequena.
c) não se justifica, porque a avaliação da massa e do peso de objetos em órbita tem por base as leis de Kepler, que não se aplicam a satélites artificiais.
d) não se justifica, porque a força peso é a força exercida pela gravidade terrestre, nesse caso, sobre o telescópio e é a responsável por manter o próprio telescópio em órbita.
e) não se justifica, pois a ação da força peso implica a ação de uma força de reação contrária, que não existe naquele ambiente. A massa do telescópio poderia ser avaliada simplesmente pelo seu volume.
Resolução:
A afirmação do astronauta não se justifica, pois, em sua frase, há uma confusão entre o conceito de força e inércia. A massa do telescópio é de fato muito grande, assim como seu peso, que é a força exercida pela Terra. Essa força é intensa o suficiente para manter o telescópio orbitando em volta da Terra, mesmo a 560 km de distância. Dessa maneira, a alternativa correta é a letra D.