Física Aplicada - Aula 05.1 - Equação da Lei de inércia de Newton

  Um dos principais legados deixados por Isaac Newton foi a precisa explicação matemática para o movimento dos corpos. A Mecânica Newtoniana através de três leis mostrou-se capaz de predizer a trajetória de asteroides e o surgimento das marés, tornando-se um dos marcos da Física por trazer equações matemáticas para a explicação de fenômenos naturais.

1. Primeira lei de Newton - Lei da Inércia: Um ponto material isolado ou está em repouso ou realiza movimento retilíneo uniforme. F = 0.

Apesar de ser uma lei qualitativa, podemos esquematizá-la da seguinte forma:

A Primeira Lei de Newton é importante para a compreensão das condições de equilíbrio dinâmico e estático, onde a soma das forças que atuam em um corpo é igual a zero. Esse equilíbrio pode ser descrito pela seguinte expressão:

1. Equilíbrio estático (corpo em repouso): ΣF = 0 (força resultante zero);
2. Equilíbrio dinâmico (corpo em movimento retilíneo uniforme): ΣF = 0 (força resultante zero).

Essa lei diz que um corpo deverá manter-se em repouso ou se mover ao longo de uma linha reta com velocidade constante. Isso é a tendência que seu corpo tem de permanecer parado ou em velocidade constante. 

Além disso, quanto maior for a massa de um corpo, maior será sua inércia. Assim, alterar o estado de movimento de um corpo de massa grande requer a aplicação de uma força maior. Corpos de massa pequena têm seu estado de movimento alterado facilmente com a aplicação de forças menos intensas. 

A primeira Lei de Newton é pouco intuitiva: ao rolarmos uma bola no chão, ela para diante de nossos olhos. Jamais esperaríamos que ela rolasse eternamente. No caso descrito, porém, a bola está sujeita a uma força resultante que não é nula: há uma força de atrito entre a bola e a superfície do chão, desacelerando o objeto continuamente.

A Primeira Lei de Newton pode ser observada em diversas situações do cotidiano. Veja alguns exemplos práticos que ajudam a ilustrar o conceito de inércia:

• Carro em movimento: quando você está dentro de um carro em alta velocidade e o motorista freia de repente, seu corpo tende a continuar em movimento, o que ilustra a inércia;
• Ônibus em parada brusca: ao viajar de ônibus, se ele parar bruscamente, os passageiros que estão de pé tendem a cair para frente, pois seus corpos continuam o movimento que o ônibus estava seguindo;
• Mesa com um livro sobre ela: um livro sobre uma mesa permanecerá em repouso até que uma força externa, como empurrá-lo, o mova. Esse é um exemplo de inércia de repouso;
• Trem em movimento constante: se um trem se move em linha reta com velocidade constante, ele continuará assim até que forças, como o atrito ou a frenagem, alterem seu estado de movimento.

Exercícios sobre a primeira lei de Newton

Com esta lista de exercícios, você testa seus conhecimentos sobre a primeira lei de Newton, o princípio da inércia.

Exemplo 1: Torque no Aperto de um Parafuso

Imagine que você está trocando o pneu do seu carro porque ele furou. Para soltar o parafuso da roda, você utiliza uma chave de roda. O fabricante recomenda que o torque necessário para soltar o parafuso seja de 10 N·m. Obs.: No final do aperto do parafuso a força de aperto se equilibra e não há mais deslocamento  ΣF = 0.

Se você aplicar a força com as mãos no final de uma chave de roda de 20 cm de comprimento, qual deve ser a força mínima aplicada para conseguir soltar o parafuso?

Resolução: Os dados fornecidos são o torque necessário para soltar o parafuso, de 10 Nm e o comprimento da chave, 20 cm ou 0,2 m.

Substituindo os valores na fórmula: T = F . d => F = T / d => 10 / 0,2 => 50 => F = 50 N.

A força mínima que você precisa aplicar no final da chave de roda é de 50 N. Isso equivale a aproximadamente 5 kgf (a força aproximada necessária para levantar um peso de 5 kg com a gravidade terrestre).

Questão 1 - (Unesp) As estatísticas indicam que o uso de cinto de segurança deve ser obrigatório para prevenir lesões mais graves em motoristas e passageiros no caso de acidentes. Fisicamente, a função do cinto está relacionada com a:

a) primeira lei de Newton.

b) lei de Snell.

c) lei de Ampére.

d) lei de Ohm.

e) primeira lei de Kepler.

Questão 2 - (Fatec-SP) Ao estudar o movimento dos corpos, Galileu Galilei considerou que um corpo com velocidade constante permaneceria nessa situação caso não atuasse sobre ele qualquer força ou se a somatória das forças, a força resultante, fosse igual a zero. Comparando esse estudo de Galileu com o estudo realizado por Isaac Newton, lei da inércia, pode-se afirmar que, para Newton:

I – Um corpo com velocidade constante (intensidade, direção e sentido) possui força resultante igual a zero. 

II – Um corpo em repouso, com velocidade constante e igual a zero, possui força resultante igual a zero. 

III – Galileu considerou a velocidade constante (intensidade, direção e sentido) no movimento circular.

Está correto o que se afirma em:

a) I

b) I e II

c) I e III

d) II e III

e) I, II e III

Questão 3 - (Cefet-MG) A imagem mostra um garoto sobre um skate em movimento com velocidade constante que, em seguida, choca-se com um obstáculo e cai. 

Ilustração traz garoto sobre skate em movimento e, depois, sua queda. A queda do garoto justifica-se devido à(ao):

a) princípio da inércia.

b) ação de uma força externa.

c) princípio da ação e reação.

d) força de atrito exercida pelo obstáculo.

Questão 4  - (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.

Questão 5 - A respeito da definição da primeira lei de Newton, assinale a alternativa que a define corretamente:

a) Todo corpo tende a continuar em repouso ou em movimento retilíneo uniforme se o somatório das forças atuantes sobre ele for diferente de zero.

b) Todo corpo tende a continuar em repouso indefinidamente.

c) Todo corpo tende a continuar em repouso ou em movimento retilíneo uniforme se o somatório das forças atuantes sobre ele for nulo.

d) Todo corpo tende a continuar em movimento retilíneo uniforme indefinidamente.

e) Todo corpo tende a continuar em repouso se o somatório das forças atuantes sobre ele forem diferentes de zero.

Questão 6 - Sabendo que na Física muitas vezes nomeamos equações, unidades de medida e leis para homenagear grandes físicos, ainda que eles não as tenham desenvolvido, responda: quem foi o físico responsável por formular a primeira lei de Newton?

a) Isaac Newton

b) Galileu Galilei

c) Albert Einstein

d) Nicolau Copérnico

e) Arquimedes

Obs: "A primeira lei de Newton foi formada por sir Isaac Newton e publicada junto às suas outras leis em sua obra Princípios matemáticos da filosofia natural, em 1687".

Questão 7 - Qual dos exemplos abaixo não se trata de um exemplo da primeira lei de Newton?

a) Puxar rapidamente a toalha de uma mesa cheia de objetos.

b) Machucar-nos quando batemos em uma parede.

c) Colisão de um automóvel em que o passageiro foi arremessado.

d) Arremesar uma bola e errar o alvo, fazendo com que a bola continue seu movimento.

e) Astronauta vagando no espaço porque o cordão que o ligava à nave arrebentou.

Questão 8 - Podemos afirmar que a força resultante atuando sobre um corpo só será nula quando:

a) a massa do corpo for nula.

b) a aceleração for constante.

c) a velocidade for nula.

d) o deslocamento for nulo.

e) a velocidade for constante.

Questão 9 - A respeito da força necessária para alterar o movimento inercial dos corpos, sabemos que:

a) quanto menor for a inércia de um corpo, maior será a força necessária para modificar o seu movimento.

b) quanto maior for a inércia de um corpo, menor será a força necessária para modificar o seu movimento.

c) quanto maior for a inércia de um corpo, maior será a força necessária para modificar o seu movimento.

d) é impossível que a força consiga modificar o movimento inercial.

e) não existe nenhuma relação entre a força e a inércia de um corpo.

Questão 10 - Baseados nos estudos sobre o cálculo da inércia de um corpo, conseguimos descobrir que a inércia é:

a) proporcional à força do corpo e à aceleração.

b) proporcional à força do corpo e inversamente proporcional à aceleração.

c) inversamente proporcional à força do corpo e proporcional à aceleração.

d) inversamente proporcional à força do corpo e à aceleração.

e) proporcional à força do corpo e ao quadrado da aceleração.

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