Leis de Newton

As leis de Newton são um conjunto de leis que sustentam a Física Clássica, estudando a relação entre força e movimento. São elas:

• Primeira lei de Newton ou princípio da inércia;

• Segunda lei de Newton ou princípio fundamental da dinâmica;

• Terceira lei de Newton ou princípio da ação e reação.

Leia também: Cinco coisas que você precisa saber sobre as leis de Newton

Resumo sobre as leis de Newton

• De acordo com a primeira lei de Newton, um corpo ficará em repouso se não foi feita uma força sobre ele, e o movimento de um corpo é interrompido se houver a ação de uma força sobre ele.

• De acordo com a segunda lei de Newton, ao ser feita uma força sobre um corpo, ele adquire aceleração, e se o total de forças resultantes sobre um corpo é zero, ele está em repouso.

• De acordo com a terceira lei de Newton, ao ser feita uma força de ação sobre um corpo, ele responde com uma força de reação.

Quais são as leis de Newton?

As leis de Newton são o conjunto de leis formuladas por Isaac Newton (1643-1727) e publicadas em 1987 em seu livro Princípios matemáticos da Filosofia Natural, demonstrando a relação entre as grandezas físicas força e movimento.

Essas leis fundamentam a Mecânica Clássica, também chamada de Mecânica Newtoniana, contribuindo para a explicação da maioria dos fenômenos que acontecem em velocidades muito inferiores à velocidade da luz.

• Primeira lei de Newton ou princípio da inércia

A primeira lei de Newton, também conhecida como princípio da inércia, estabelece que um corpo que se mantém em repouso ou em movimento retilíneo uniforme, não sofrendo modificações em sua velocidade, consequentemente não terá aceleração se não houver a ação de forças externas sobre ele, como podemos ver na imagem abaixo, em que a caixa continua a se mover independentemente de o carro ter freiado:

A grandeza física inércia está relacionada à massa dos corpos e à resistência na alteração do estado inicial dos corpos, sendo que quanto maior for a massa de um corpo, maior será a sua inércia e mais dificuldade teremos em alterar o seu movimento.

• Segunda lei de Newton ou princípio fundamental da dinâmica

A segunda lei de Newton, também conhecida como princípio fundamental da dinâmica, estabelece que um corpo adquirirá uma aceleração quando sofrer a ação de uma força resultante, não nula, proporcional à massa do corpo e à aceleração dele. Como podemos ver na imagem abaixo, a bola adquiriu aceleração após o rebatedor aplicar uma força sobre a ela:

Se o somatório das forças resultantes em um corpo for nulo, então ele estará em equilíbrio, não realizando um movimento.

• Terceira lei de Newton ou princípio da ação e reação

A primeira lei de Newton, também conhecida como princípio da inércia, estabelece a relação entre as forças de ação e reação que atuam em um corpo, sendo que ao realizar uma força de ação sobre um corpo, este, por sua vez, realizará uma força contrária de reação sobre o primeiro. Como podemos ver na imagem abaixo, a arma faz uma força de ação na bala, provocando seu movimento, e a bala faz uma força de reação na arma, fazendo com que ela recue:

Essa lei não possui uma fórmula, mas pode ser representada matematicamente como:

\(|\vec{F_{AB}}|=-|\vec{F_{BA}}|\)

• \(|\vec{F_{AB}}|\) é o módulo da força que o corpo A prduz em B, medido em Newton \([N] \).

• \(|\vec{F_{BA}}|\) é o módulo da força que o corpo B produz em A, medido em Newton \([N] \).

Quais são as fórmulas das Leis de Newton?

Apenas a segunda lei de Newton possui fórmula, sendo ela:

\(F=m\cdot a\)

• F é a força resultante, medida em Newton \([N] \).

• m é a massa, medida em quilogramas \([kg] \).

• a é a aceleração, medida em \([m/s^2] \).

Exemplo:

Uma caixa de 500 g é acelerada a \(10\ m/s^2\). Qual o valor da força aplicada sobre ela?

Para calcularmos a força aplicada sobre ela, utilizaremos a fórmula da segunda lei de Newton:

\(F=m\cdot a\)

Como a massa está em gramas, é necessário convertê-la para quilogramas, sendo que 500 g = 0,5 kg:

\(F=0,5\cdot 10\)

\(F=5\ N\)

Então, a força aplicada sobre o objeto é de 5 Newton.

Aplicações das leis de Newton

As leis de Newton regem toda a Física terrestre. Em razão disso, podem ser observadas em tudo ao nosso redor, tendo inúmeras aplicações. Abaixo, veremos algumas aplicações para cada uma das suas leis.

• Aplicações da primeira lei de Newton

Observamos a primeira lei de Newton em situações que envolvem a inércia. Por exemplo, o movimento contínuo de uma bola quando a lançamos e o deslizamento dos atletas de patinação no gelo, que só são interrompidos quando é aplicada uma força contrária a seu movimento.

• Segunda lei de Newton

Observamos a segunda lei de Newton em situações que envolvem força e aceleração. Por exemplo, quando movemos uma caixa, um objeto ou até mesmo pessoas de um lugar para outro ou quando lançamos uma bola, devido à aplicação de uma força nela, ocasionando sua aceleração.

• Terceira lei de Newton

Observamos a terceira lei de Newton em situações que envolvem o par ação e reação. Por exemplo, durante o movimento dos automóveis, o pneu realiza uma força de ação no chão, empurrando-o para trás, e o chão, por sua vez, realiza uma força de reação nos pneus, empurrando-os para frente. Outra situação pode ser encontrada quando alguém bate o rosto em uma porta de vidro. A pessoa realizou uma força de ação na porta, que por sua vez realizou uma força de reação na pessoa.

Leia também: Força normal —  força exercida pela superfície em relação ao corpo apoiado sobre ela

Leis de Newton no Enem

As leis de Newton podem ser cobradas no Enem de forma teórica ou prática. Podemos ter questões envolvendo sua teoria, gráficos, tendo ou não necessidade da realização de cálculos. Já na prática, podemos ter questões envolvendo a sua aplicação do cotidiano. Vale ressaltar que o Enem frequentemente cobra a Física do cotidiano, mas é fundamental compreender a teoria e as fórmulas.

➝ Exemplo de questão teórica

(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 segundos 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

Alternativa B

O modelo de cinto que oferecerá o menor risco de lesão será aquele que exercer a menor força sobre o passageiro. De acordo com a segunda lei de Newton, a força resultante é proporcional à massa e à aceleração. Como a massa é a mesma, a menor força resultante ocorrerá quando a aceleração for a menor. Observando o gráfico, podemos ver que isso acontece no cinto 2.

➝ Exemplo de questão prática

(Enem) Durante uma faxina, a mãe pediu que o filho a ajudasse, deslocando um móvel para mudá-lo de lugar. Para escapar da tarefa, o filho disse ter aprendido na escola que não poderia puxar o móvel, pois a terceira lei de Newton define que se puxar o móvel, o móvel o puxará igualmente de volta, e assim não conseguirá exercer uma força que possa colocá-lo em movimento. Qual argumento a mãe utilizará para apontar o erro de interpretação do garoto?

a) A força de ação é aquela exercida pelo garoto.

b) A força resultante sobre o móvel é sempre nula.

c) As forças que o chão exerce sobre o garoto se anulam.

d) A força de ação é um pouco maior que a força de reação.

e) O par de forças de ação e reação não atua em um mesmo corpo.

Alternativa E

De acordo com a terceira lei de Newton, ao aplicar uma força sobre um objeto, esse objeto fará uma força de reação sobre a pessoa, então de fato o móvel puxará o garoto, contudo essas forças ocorrem em corpos distintos, portanto a interpretação do garoto está equivocada.

• Videoaula sobre as leis de Newton no Enem

Exercícios resolvidos sobre leis de Newton

Questão 1

(PUC/MG) A respeito do conceito de inércia, pode-se dizer que:

a) inércia é uma força que mantém os objetos em repouso ou em movimento com velocidade constante.

b) inércia é uma força que leva todos os objetos ao repouso.

c) um objeto de grande massa tem mais inércia que um de pequena massa.

d) objetos que se movem rapidamente têm mais inércia que os que se movem lentamente.

Resolução

Alternativa A

O conceito de inércia diz que ela é uma força que mantém os objetos em repouso ou em movimento com velocidade constante, não levando os objetos ao repouso.

Questão 2

(UEL-PR) Um corpo de massa m é submetido a uma força resultante de módulo F, adquirindo aceleração a. A força resultante que se deve aplicar a um corpo de massa m/2 para que ele adquira aceleração 4a deve ter módulo:

a) F/2

b) F

c) 2F

d) 4F

e) 8F

Resolução

Letra C

Calcularemos a força resultante por meio da fórmula da segunda lei de Newton:

\(F=m\cdot a\)

Quando alteramos a massa para a metade e quadruplicamos a sua aceleração, a nova força resultante F’  se modifica para:

\(F=m\cdot a\)

\(F'=\frac{m}{2}\cdot4a\)

\(F'=\frac{4\cdot m\cdot a}2\)

\(F'=2\cdot m\cdot a\)

Lembrando que a força resultante anterior era \(F=m\cdot a\), então:

\(F'=2\cdot F\)

Portanto, a nova força resultante F' é o dobro da força inicial F.