Entenda as três leis de Newton
Neste artigo, embarcaremos em uma jornada de exploração das Três Leis de Newton e sua aplicação prática. Nosso objetivo é desvendar como essas leis são essenciais para descrever os movimentos.
A dinâmica é uma das áreas fundamentais da Física que estuda o movimento dos corpos e as causas que o provocam.
Ela é uma parte importante da mecânica clássica e busca descrever como os objetos se movem e interagem uns com os outros no espaço e no tempo.
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Conceito de Dinâmica
De acordo com as leis da dinâmica, para que um corpo esteja em movimento, é necessário que haja uma força atuando sobre ele. Essa força pode ser resultante da interação com outros corpos ou de outras fontes, como o campo gravitacional ou elétrico.
A dinâmica também estuda as leis que regem o movimento de um objeto quando este está sujeito a forças externas. A primeira lei de Newton, conhecida como Lei da Inércia, estabelece que um objeto em repouso permanecerá em repouso e um objeto em movimento permanecerá em movimento com velocidade constante, a menos que uma força externa atue sobre ele.
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A segunda lei de Newton estabelece que a força resultante que atua sobre um objeto é diretamente proporcional à aceleração do objeto. Ou seja, quanto maior a força, maior a aceleração do objeto.
Já a terceira lei de Newton estabelece que, para cada ação, há uma reação igual e oposta. Isso significa que, quando um objeto exerce uma força sobre outro objeto, este segundo objeto exerce uma força de mesma intensidade e direção oposta sobre o primeiro objeto.
A partir dessas leis, podemos entender como os objetos se movem e interagem uns com os outros no universo. A dinâmica é uma área essencial da física, pois permite explicar e prever o comportamento dos corpos e sistemas físicos em diferentes condições e circunstâncias. Ela é aplicada em diversas áreas, como na engenharia, na biologia, na geologia, na astronomia e na física aplicada em geral.
O que é força?
Na Física, força é uma grandeza vetorial que representa a interação entre dois corpos capaz de provocar uma mudança no estado de movimento ou de deformação de um objeto.
A força pode ser definida como todo agente capaz de provocar o movimento em um corpo, parar o movimento de um corpo ou deformar um corpo. Ela é medida em unidades de newton (N), que é a quantidade de força necessária para produzir uma aceleração de 1 metro por segundo ao quadrado em um objeto com uma massa de 1 quilograma.
Existem diferentes tipos de forças, como a força gravitacional, força eletromagnética, força nuclear forte e força nuclear fraca. A força gravitacional é a força que atração entre dois objetos em virtude de sua massa, enquanto a força eletromagnética é a força que surge entre cargas elétricas ou entre ímãs. As forças nucleares atuam no núcleo dos átomos e têm uma escala de atuação muito pequena.
Além disso, as forças podem ser classificadas como forças de contato ou forças à distância. As forças de contato surgem quando os objetos estão em contato físico um com o outro, enquanto as forças à distância ocorrem mesmo quando os objetos não estão em contato, como a força gravitacional. Nesse artigo, como estamos trabalhando com dinâmica, estudaremos as forças de contato.
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Força resultante e equilíbrio na dinâmica
A força resultante, é a soma vetorial de todas as forças que atuam sobre um objeto. Ela representa a força total que age sobre o objeto e é responsável pela aceleração resultante do objeto
Na dinâmica, para calcular a força resultante, é necessário somar vetorialmente todas as forças que atuam sobre o objeto. Isso significa que, além de somar as magnitudes das forças, é preciso levar em consideração a direção e o sentido de cada uma delas.
Se a força resultante sobre um objeto é zero, significa que as forças que atuam sobre ele estão equilibradas e, portanto, o objeto permanecerá em repouso ou em movimento com velocidade constante. Por outro lado, se a força resultante é diferente de zero, o objeto sofrerá uma aceleração na direção da força resultante.
A força resultante é uma grandeza fundamental na dinâmica,e é utilizada em diversos cálculos envolvendo o movimento dos objetos. É importante lembrar que a força resultante é determinada pela soma de todas as forças que atuam sobre o objeto, independentemente do tipo de força ou do ponto de aplicação.
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Dinâmica e as leis de Newton
Primeira Lei de Newton
Na dinâmica, a primeira lei de Newton (também conhecida como a lei da inércia), afirma que um objeto em repouso permanecerá em repouso e um objeto em movimento permanecerá em movimento em linha reta e com velocidade constante, a menos que uma força resultante atue sobre ele.
Em outras palavras, um objeto tende a resistir a mudanças em seu estado de movimento. Se ele está em repouso, ele vai ficar em repouso, e se ele está se movendo em linha reta e com velocidade constante, ele continuará se movendo assim, a menos que uma força resultante atue sobre ele.
Essa lei tem várias aplicações práticas em nossa vida cotidiana, como:
- Uso do cinto de segurança em um veículo: A primeira lei de Newton explica por que o uso do cinto de segurança é tão importante em um veículo. Se o veículo sofrer uma colisão, os passageiros tendem a continuar se movendo na mesma velocidade em que o veículo estava se movendo antes do impacto. O cinto de segurança exerce uma força resultante sobre o passageiro, fazendo com que ele pare juntamente com o veículo, evitando que ele seja lançado para fora do carro.
- Parada de uma bola rolando em um piso plano: A primeira lei de Newton também explica por que uma bola rolando em um piso plano não para imediatamente após atingir uma parede ou outra superfície. A bola continuará a se mover por um curto período após o impacto devido à inércia.
- Uso do freio em um veículo: Quando um veículo está em movimento, ele tende a continuar se movendo em linha reta e com velocidade constante, de acordo com a primeira lei de Newton. Para diminuir ou parar a velocidade do veículo, é necessário aplicar uma força resultante contrária à direção do movimento, como o uso do freio.
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Segunda lei de newton
Na dinâmica, a segunda lei de Newton pode ser expressa em termos de variação do momento, o que é conhecido como a forma de lei de conservação do momento linear. O momento linear de um objeto é definido como o produto da sua massa pela sua velocidade, representado pela equação
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De acordo com a segunda lei de Newton, a força resultante aplicada a um objeto é igual à taxa de variação do seu momento linear em relação ao tempo, ou seja, F = Δp/Δt. Portanto, quanto maior a força aplicada a um objeto, maior será a taxa de variação do seu momento linear em relação ao tempo.
Entretanto, vamos trabalhar aqui com a sua forma simplificada e mais conhecida:
A lei estabelece que a força resultante aplicada a um objeto é diretamente proporcional à sua massa e à sua aceleração, conforme expresso pela equação 
, onde 
é a força resultante, m é a massa do objeto e a é sua aceleração.
Essa lei é importante porque permite prever o movimento de um objeto quando conhecemos a força aplicada a ele e sua massa. Ela também pode ser usada para calcular a força necessária para acelerar um objeto a uma determinada velocidade, ou para determinar a massa de um objeto com base em sua aceleração e na força aplicada a ele.
Além disso, a segunda lei de Newton é fundamental para entender como as forças interagem no mundo físico. Ela descreve como uma força aplicada a um objeto pode ser transmitida a outros objetos em contato com ele, como quando empurramos um bloco sobre uma superfície áspera.
Essa lei também é importante na análise de sistemas complexos, como máquinas e estruturas, onde é necessário calcular as forças resultantes e suas consequências sobre o movimento dos componentes do sistema.
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Terceira Lei de Newton
A terceira Lei de Newton, também conhecida como o Princípio da Ação e Reação, afirma que, para toda ação, há sempre uma reação oposta e de igual intensidade. Em outras palavras, quando um objeto exerce uma força sobre outro, este objeto reage com uma força de mesma magnitude, mas em direção oposta.
Isso significa que as forças sempre aparecem em pares, e a ação e a reação são igualmente importantes. Por exemplo, quando você empurra uma parede, a parede exerce uma força de reação oposta em você. Quando um pássaro bate as asas para voar, ele empurra o ar para baixo e o ar reage empurrando-o para cima.
As aplicações da terceira Lei de Newton estão presentes em diversas áreas da física e da engenharia. Um exemplo comum é o funcionamento dos foguetes.
Para um foguete se mover, ele deve expelir gases quentes para trás com uma força, e a ação resultante faz com que o foguete se mova para frente. Outra aplicação é na física do movimento de colisões, onde a terceira lei de Newton pode ser usada para entender a transferência de momento entre os objetos.
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A dinâmica da terceira Lei de Newton tem implicações importantes na biomecânica. Quando uma pessoa caminha ou corre, ela aplica uma força no chão para trás, e o chão reage empurrando a pessoa para frente. O mesmo princípio se aplica ao movimento dos animais nadando na água ou voando no ar.
Com base nas leis da dinâmica, é possível estudar diferentes fenômenos físicos, como o movimento dos planetas, o movimento dos corpos celestes e a dinâmica dos sistemas mecânicos. Além disso, a dinâmica é fundamental para a compreensão de muitas aplicações práticas, como a construção de pontes, aviões e carros, bem como a engenharia de sistemas mecânicos e elétricos.
Em suma, a dinâmica é uma área fundamental da física que estuda as leis que governam os movimentos dos objetos e como as forças atuam sobre eles. Compreender a dinâmica é essencial para a compreensão de uma ampla variedade de fenômenos físicos e para a aplicação prática em diversas áreas.
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