Primeira Lei de Newton

Teoria Completa

O que é uma força?

Exercer uma força em um objeto é a ideia 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.

Expandir

Exercício Resolvido #1

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 COMPLETA

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

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 COMPLETA

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

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 COMPLETA

Passo 1

Pensando no equilíbro, precisamos que a soma de todas as forças sobre o sistema seja nula, ou seja

∑ i F → i = 0

Como temos 3 vetores o nosso problema será

F → 1 + F → 2 + F → 3 = 0

E ainda podemos dividir essa equação em 2 fazendo a decomposição em x e y

F 1 x + F 2 x + F 3 x = 0

F 1 y + F 2 y + F 3 y = 0

Passo 2

Beleza! Mas quem são essas componentes? Pro vetor 1 temos uma componente x negativa (que aponta para esquerda) e uma componente y positiva (que aponta para cima), assim

F 1 x = - F 1 c o s ⁡ ( 20 ° )

F 1 y = F 1 s e n ( 20 ° )

Pelo enunciado o módulo do vetor F → 1 é 4,6 N , assim

F 1 x = - 4,6 cos ⁡ 20 ° = - 4,32

F 1 y = 4,6 s e n 20 ° = 1,57

Já pro vetor 2 temos algo parecido, só que a sua componente y aponta para baixo

F 2 x = - F 2 c o s ⁡ ( 20 ° )

F 2 y = - F 2 s e n ( 20 ° )

O enunciado nos conta que o módulo de F → 2 também é 4,6 , assim

F 2 x = - 4,6 cos ⁡ 20 ° = - 4,32

F 2 y = - 4,6 s e n 20 ° = - 1,57

Passo 3

Agora podemos voltar pras equações do passo 1!

Primeiramente na direção x

F 1 x + F 2 x + F 3 x = 0

- 4,32 - 4,32 + F 3 x = 0

F 3 x = 8,64 N

Agora na direção y

F 1 y + F 2 y + F 3 y = 0

1,57 - 1,57 + F 3 y = 0

F 3 y = 0

O nosso vetor F → 3 então será

F → 3 = F 3 x i ^ + F 3 y j ^

F → 3 = 8,64   i ^     ( N )

Isso aí é um vetor que aponta na direção positiva de x , ou seja, é um vetor de módulo 8,64 N que aponta para direita!

Resposta

Letra a)

Exercício Resolvido #4

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 COMPLETA

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)

Exercício Resolvido #5

Brasil Escola

De acordo com a Dinâmica, dizemos que um corpo está em equilíbrio quando:

a) sua velocidade é nula

b) seu movimento é retilíneo

c) sua aceleração é constante

d) sua aceleração é nula

e) o módulo da força resultante sobre o corpo é maior que zero

MOSTRAR SOLUÇÃO COMPLETA

Passo 1

Como nós vimos na teoria, mesmo em movimento, um corpo pode estar em equilíbrio; nesse caso, dizemos que o seu equilíbrio é dinâmico, pois a sua aceleração é igual a zero. Dessa forma, quando a aceleração de um corpo é nula, ele se encontra em equilíbrio! Show!

Resposta

d) sua aceleração é nula

Exercício Resolvido #6

Uma haste, submetida às forças indicadas na figura, está presa a um eixo fixo em uma das suas extremidades. Sabendo-se que a haste pode girar livremente (isto é, o atrito com o eixo é desprezível) e que F → B s e n 45 ° < | F → C | + | F → A | , podemos dizer que a resultante das forças que agem sobre a haste será zero se a força aplicada pelo eixo na haste for tal que:

(a) suas componentes x e y são ambas positivas.

(b) sua componentes x e y são ambas negativas.

(c) sua componente y é nula e sua componente x é igual à componente x de F B .

(d) sua componente y é positiva e sua componente x é nula.

(e) sua componente y é negativa e sua componente x é antiparalela à componente x de F B .

MOSTRAR SOLUÇÃO COMPLETA

Passo 1

Inicialmente fazemos a decomposição da força F B nos eixos, bem como a força F E , aplicada no eixo, supondo os sentidos ilustrados a seguir, que serão corrigidos através dos cálculos.

Passo 2

Para que a resultante das forças sobre a barra seja nula, deve existir equilíbrio de forças tanto em x quanto em y .

Para o equilíbrio na direção x :

F → B c o s 45 o = F → E c o s 45 o → F → B = F → E

Como os módulos são iguais, o sentido da componente horizontal de F → E deve ser oposto ao de F → B , certo? Então, temos que sua componente em x deve ser positiva.

Passo 3

Para o equilíbrio na direção y :

F → B s e n 45 o + F → E s e n 45 o = F → C + F → A →   F → B s e n 45 ° - F → C - F → A = - F → E s e n 45 o

De acordo com a relação fornecida pelo enunciado:

F → B s e n 45 ° < F → C + F → A →   F → B s e n 45 ° - F → C - F → A < 0

Ao substituir essa relação na anterior:

- F → E s e n 45 o < 0 →   F → E s e n 45 o > 0

Logo, a componente em y da força F → E será também positiva.

Resposta

(a)

Exercício Resolvido #7

ITA

Um corpo é impulsionado, no vácuo, sobre um plano horizontal, sem atrito, por uma força paralela ao plano, que atua instantaneamente sobre ele. Neste caso, pode-se concluir que:

a) o corpo adquire movimento uniformemente acelerado, no qual permanece indefinidamente.b) o corpo segue em equilíbrio.c) durante o movimento, não atua força sobre o corpo.d) o corpo possui movimento retardado.e) o corpo adquire movimento retilíneo uniforme a partir do repouso.

MOSTRAR SOLUÇÃO COMPLETA

Passo 1

Pela Primeira Lei de Newton sabemos que um corpo estará em equilíbrio quando a força resultante agindo sobre o mesmo for igual a zero (Fr = 0).

A força é aplicada instantaneamente e deixa de atuar, então quando o corpo está em movimento, desenvolvendo uma certa velocidade, não haverá mais sobre ele nenhuma força atuando, já que não existe atrito nem resistência do ar. Assim podemos afirmar que se

Fr = 0, o corpo se move em velocidade constante. Logo, o corpo está em equilíbrio, obedecendo a Lei da Inércia.

Resposta

b) o corpo segue em equilíbrio.

Exercício Resolvido #8

UFRN

 Considere um grande navio, tipo transatlântico, movendo-se em linha reta e com velocidade constante (velocidade de cruzeiro). Em seu interior, existe um salão de jogos climatizado e nele uma mesa de pingue-pongue orientada paralelamente ao comprimento do navio.

Dois jovens resolvem jogar pingue-pongue, mas discordam sobre quem deve ficar de frente ou de costas para o sentido do deslocamento do navio. Segundo um deles, tal escolha influenciaria no resultado do jogo, pois o movimento do navio afetaria o movimento relativo da bolinha de pingue-pongue.

Nesse contexto, de acordo com as leis da física, pode-se afirmar que:

a) a discussão não é pertinente, pois, no caso, o navio se comporta como um referencial não inercial, não afetando o movimento da bola

b) a discussão é pertinente, pois, no caso, o navio se comporta como um referencial não inercial, não afetando o movimento da bola

c) a discussão é pertinente, pois, no caso, o navio se comporta como um referencial inercial, afetando o movimento da bola

d) a discussão não é pertinente, pois, no caso, o navio se comporta como um referencial inercial, não afetando o movimento da bola

MOSTRAR SOLUÇÃO COMPLETA

Passo 1

Como o transatlantico se move em linha reta com velocidade constante, ele está em equilibrio dinâmico e comporta-se como se estivesse em repouso (equilibrio estático), não afetando o movimento da bola, sendo assim ele se comporta como um referencial inercial.

Resposta

d) a discussão não é pertinente, pois, no caso, o navio se comporta como um referencial inercial, não afetando o movimento da bola

Esse conteúdo é exclusivo para cadastrados.

Cadastre-se grátis no maior portal de exatas do Brasil!

Relaxa, não vamos publicar nada no seu nome.

  • Resumões direto ao ponto
    Resumões
    direto ao ponto
  • Exercícios resolvidos passo a passo
    Exercícios resolvidos
    passo a passo
  • Videoaulas incríveis
    Videoaulas
    incríveis
  • Aulões Salva-Vidas
    Aulões
    Salva-Vidas