Primeira Lei de Newton

Resumo Completo

O que é uma força?

Exercer uma força em um objeto é a idéia de puxar ou empurrar esse objeto. Por exemplo, quando você está segurando uma caixa pesada, você está fazendo uma força para evitar que ela caia.

Quando estudamos força, é importante ter em mente que existem as leis de Newton que servem como base para análise de qualquer problema.

A primeira lei, nada mais é do que o que você sente sempre ao andar de ônibus.

Lembra quando você está no ônibus, andando a uma velocidade "segura" pelas ruas, e o motorista entra na curva tentando fazer o ônibus tombar (e conseguindo, em alguns casos) fazendo você sentir como se fosse voar pela janela? Isso acontece porque quando o ônibus faz a curva, a sua tendência é continuar seguindo reto, mas o ônibus te "força" a fazer a curva.

Este é o fenômeno conhecido como inércia, muitas vezes usado no cotidiano para fazer uma comparação com pessoas que não saem do lugar se alguma força externa não tirá-la de lá. Você pode usar dessa analogia e lembrar, sempre que vir um corpo que não está sofrendo força alguma, ou a resultante de suas forças é zero, que sua velocidade não vai ser alterada. Se o corpo já estiver em repouso, sua velocidade continua sendo zero. Já já você vai ver o que é e como se calcula a força resultante em um corpo.

Unidade de força – Newton (N)

Em homenagem ao pai da Dinâmica, a unidade que mede a intensidade das forças que agem nos corpos foi intitulada Newton, e tem a letra N como símbolo. Lembrando do assunto de Análise Dimensional, temos que, no SI:

N = k g . m s 2

Força como um vetor

Você já aprendeu que os vetores possuem três características que o definem:

  • Módulo: é o “tamanho” do vetor, no caso da força, é a intensidade dela;
  • Direção: é a reta onde a força está sendo aplicada, exemplo: horizontal, vertical, etc...
  • Sentido: é pra onde o vetor está “apontando”, exemplo: pra esquerda, pra cima, etc...

A força é um vetor, e só estará totalmente definida, quando as três características acima estiverem designadas. Vale lembrar que quando expressarmos a força sem o vetor em cima dela, estamos nos referindo ao módulo da mesma.

O que é e como calcular a força resultante – Diagrama de Corpo Livre

Corpos normalmente estão sob ação de várias forças, e, para analisa-las, usamos o Diagrama de Corpo Livre, que nada mais é que um diagrama onde colocamos as forças, com suas direções e sentidos corretos.

Como visto anteriormente, a soma de vetores tem algumas peculiaridades, e você deve lembrar delas quando for fazer o cálculo da força resultante, que nada mais é que a soma vetorial de todas as forças que agem no corpo. Com isso, podemos concluir que: se a soma vetorial de todas as forças que atuam no corpo for zero, dizemos que o corpo está em equilíbrio, e, segundo a primeira lei, a sua velocidade se manterá constante.

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Exercício Resolvido #1

Enunciado

Halliday, David, Fundamentos de física, volume I : mecânica, 8 ed. Rio de Janeiro : TLC, 2008, pp. 117-6

Sob a ação de duas forças, uma partícula se move com velocidade constante v = 3 m s i ^ - 4 m s j ^ . Uma das forças é F 1 = 2   N i ^ + - 6   N   j ^ . Qual é a outra?

MOSTRAR SOLUÇÃO PASSO A PASSO

Passo 1

A parte mais importante do enunciado é a que diz que a partícula se move com velocidade constante. Com isso, sabemos que a resultante das forças que age no corpo é nula.

E sabendo disso, nós conhecemos a primeira lei de Newton, que nos confirma que:

T o d a s   a s   f o r ç a s = 0

Passo 2

Usando então a primeira lei:

T o d a s   a s   f o r ç a s = 0 F 1 + F 2 = 0 F 2 =   - F 1

E então encontramos a força que procurávamos:

F 2 = - 2   N i ^ + 6   N j ^

Resposta

F 2 = - 2   N i ^ + 6   N j ^

Exercício Resolvido #2

Enunciado

Halliday, David, Fundamentos de física, volume I : mecânica, 8 ed. Rio de Janeiro : TLC, 2008, pp. 115-3

A Fig. 5-22 mostra vistas superiores de quatro situações nas quais forças que atuam sobre um bloco que está em um piso sem atrito. Se os módulos das forças forem escolhidos apropriadamente, em que situações é possível que o bloco esteja (a) em repouso e (b) se movendo com velocidade constante?

MOSTRAR SOLUÇÃO PASSO A PASSO

Passo 1

A primeira coisa a se perceber nesse exercício é que as letras a e b têm a mesma resposta, já que, nas duas situações, a aceleração do corpo é zero e, portanto, a resultante das forças é nula.

Passo 2

Agora podemos analisar caso a caso.

  1. F 1 possui uma componente vertical, que não é balanceada por F 2 , portanto, não há resultante nula.
  2. Se o módulo das forças forem iguais, a resultante será nula.
  3. Com o mesmo motivo da situação (1), F 1 e F 3 possuem componentes verticais para o mesmo sentido, o que não deixa a resultante ser nula.
  4. A força F 1 tem componentes horizontal e vertical e as duas no sentido contrário das forças F 2 e F 3 , portanto, se essas componentes tiverem módulos apropriados, a resultante pode ser nula.

Resposta

a) 2 e 4

b) 2 e 4

Exercício Resolvido #3

Enunciado

UFF-P1-2014.2-9M

A figura mostra duas forças de mesma magnitude agindo sobre um corpo. Se a magnitude comum das forças é 4,6 N e o ângulo é θ = 20 ° , que terceira força fará com que o corpo fique em equilíbrio.

  1. 8,6 N apontando para a direita.
  2. 7,0 N   apontando para a direita.
  3. 4,3 N apontando para a direita.
  4. 8,6 N apontando para a esquerda.
  5. 7,0 N apontanto para a esquerda.
MOSTRAR SOLUÇÃO PASSO A PASSO

Passo 1

Pensando no equilíbro, precisamos adicionar uma força para direita visando anular as forças F 1 e F 2 . Trabalhando com as equações da força resultante, temos:

Na vertical:

F 1 s e n θ = F 2 s e n θ

Na horizontal:

F 1 c o s θ + F 2 c o s θ = F

4,6 0,94 + 4,6 0,94 = F

F = 8,6 N

Resposta

Letra a)

Exercício Resolvido #4

Enunciado

UFF-P1-2014.2-10M

Um objeto move-se com velocidade constante relativamente a um sistema de referência inercial. Qual das afirmações abaixo é necessariamente verdadeira?

  1. Não há forças agindo sobre o objeto.
  2. Uma pequena força age sobre o objeto, na direção do movimento.
  3. A força resultante sobre o objeto é zero.
  4. Duas afirmações anteriores são necessariamente verdadeiras.
  5. Todas as afirmações anteriores são falsas.
MOSTRAR SOLUÇÃO PASSO A PASSO

Passo 1

Cuidado pra não se confundir nessa questão!

Se não existem forças agindo sobre um corpo, ele tem que estar em repouso ou se movimentando com velocidade constante.

Mas quando dizemos que um corpo está se movimentando com velocidade constante não significa que não há forças agindo sobre ele. Podem sim haver forças agindo sobre ele.

A única coisa que podemos afirmar é que a resultante das forças agindo sobre o corpo é nula!

Resposta

Letra c)

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