- Newton’s Second Law of Motion states, “The rate of change of momentum is directly proportional to the impressed force, and takes place in the same direction, in which the force acts.”
Passo 1
O enunciado nos dá a segunda lei de Newton escrita como
ou, de forma vetorial,
. O que se espera aqui (mesmo que o enunciado não faça uma pergunta explícita) é: entender o significado da fórmula, saber quais são as grandezas envolvidas e como aplicar a lei em exercícios típicos (calcular aceleração a partir de força e massa, calcular força resultante quando há várias forças, decompor forças em eixos, tratar atrito e planos inclinados, e saber a forma geral baseada em momento linear).
Informações relevantes dadas: a expressão e a frase que explica a proporcionalidade entre variação do momento e força. Não há dados numéricos no enunciado original.
Informações relevantes dadas: a expressão
Passo 2
Significado das letras e unidades — o que cada símbolo representa:
-
é a força resultante (vetor). Força mede a influência capaz de modificar o movimento de um corpo. Unidade SI: (newton). Em TeX: . -
é a massa do corpo (escalar). Mede a “inércia”: quanto maior a massa, mais difícil é mudar o movimento. Unidade SI: . -
é a aceleração (vetor), taxa de variação da velocidade com o tempo. Unidade SI: .
A forma vetorial correta é
Isto quer dizer que a aceleração aponta na mesma direção da força resultante e tem magnitude proporcional à força e inversamente proporcional à massa.
Como usar as unidades na conta: se
está em
e
em
, então
vem em
, porque
.
Passo 3
Forma geral em termos de momento linear (para aprender e usar corretamente): o enunciado fala em “variação de momento”. Definimos o momento linear como
onde
é a velocidade. A forma geral da segunda lei é
Se a massa
for constante (caso mais comum em exercícios de graduação), podemos tirar
da derivada e obter
que é a forma usual
. Se a massa variar (por exemplo foguetes), aparece um termo extra
ao derivar
; aí precisa usar a forma geral
.
Passo 4
Como aplicar passo a passo em uma prova (receita prática):
- Desenhe o corpo e todas as forças atuantes (diagrama de corpo livre).
- Escolha e desenhe um sistema de eixos conveniente (por exemplo, eixo
ao longo do plano inclinado). - Decomponha forças em componentes
e quando necessário. - Escreva as equações da segunda lei para cada direção:
- Se houver aceleração apenas em uma direção (por exemplo
= 0 quando o corpo não se move verticalmente), use essa condição para achar incógnitas (normal, atrito, etc.). - Resolva algebricamente; cheque unidades e o sinal da aceleração.
Passo 5
Exemplo simples 1 — calcular aceleração conhecendo força e massa.
Enunciado fictício: uma força resultante de
age em um corpo de massa
horizontalmente para a direita. Qual a aceleração?
Aplicando
em módulo e direção:
Interpretação: o corpo acelera para a direita com
.
Passo 6
Exemplo simples 2 — calcular força dada massa e aceleração.
Enunciado fictício: um bloco de massa
tem aceleração
(negativa no eixo escolhido). Qual a força resultante?
Usamos
Interpretação: a força resultante tem magnitude
e sentido negativo do eixo (oposto ao sentido positivo escolhido).
Passo 7
Exemplo com várias forças — soma vetorial (caso típico de prova).
Enunciado fictício: em um corpo de massa
atuam duas forças horizontais:
para a direita e
para a esquerda. Aceleração?
- Somamos vetorialmente: força resultante
para a direita. - Aplicamos
:
Passo 8
Plano inclinado com atrito — exemplo clássico passo a passo.
Considere massa
sobre plano inclinado com ângulo
. Forças: peso
(vertical para baixo), normal
perpendicular ao plano, e atrito cinético
(se deslizando) oposto ao movimento. Decompondo o peso em componentes paralela e perpendicular ao plano:
Normal iguala o componente perpendicular (se não há aceleração perpendicular):
Atrito cinético (magnitude) típico:
.
Força resultante ao longo do plano:
Portanto a aceleração ao longo do plano:
Exemplo numérico:
,
,
,
.
Calculando:
Interpretação: aceleração ao longo do plano para baixo de aproximadamente
.
Passo 9
Casos especiais e armadilhas que caem em prova:
- Equilíbrio estático: se
, então . Só iguale forças quando tiver certeza que . - Sinal e direção: indique claramente o sentido positivo do eixo e trate sinais conforme soma vetorial.
- Força resultante ≠ força aplicada: muitas vezes há várias forças (peso, normal, atrito, tensão), a lei usa a força resultante (soma vetorial).
- Massa variável: se o problema envolve perda/ganho de massa, não use simplesmente
; use . - Unidades: sempre cheque que
em , em , em .
Passo 10
Dicas práticas rápidas para a prova (estilo check-list):
- Desenhe o diagrama de forças antes de qualquer conta.
- Escolha e desenhe eixos convenientes (um paralelo e um perpendicular ao plano inclinado, por ex.).
- Some todas as componentes de forças em cada eixo e coloque igual a
nesse eixo. - Faça checagens de plausibilidade: direção do resultado e ordem de magnitude.
- Se estiver com pressa, identifique imediatamente se é caso de massa constante (use
) ou massa variável (use ).