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Isaac Newton

Em 1642, alguns meses após a morte de Galileu Galilei, nascia Isaac Newton (veja também biografia de Isaac Newton). Aos 23 anos de idade, Newton havia desenvolvido as suas famosas leis do movimento, acabando de vez com as ideias de Aristóteles que dominaram as grandes mentes durante cerca de 2000 anos.

A primeira lei estabelece o conceito de inércia, proposto anteriormente por Galileu. A segunda lei relaciona a aceleração com sua causa, a força. A terceira lei, é a 'Lei da Acção e Reacção'.

As três leis foram objecto de estudo num dos mais importantes livros de Newton: Philosophiae Naturalis Principia Mathematica.

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A 1a Lei de Newton

 

Até o início do século XVII, pensava-se que para manter um corpo em movimento era necessário que actuasse uma força sobre ele. Essa ideia foi revista por Galileu, que afirmou: "Na ausência de uma força, um objecto continua a mover-se com movimento rectilíneo e com velocidade constante".
Galileu chamou de Inércia a tendência que os corpos apresentam para resistirem à mudança do movimento em que se encontram.

Alguns anos mais tarde, Newton com base nas ideias de Galileu, estabelece a primeira lei do movimento, também conhecida como Lei da Inércia:

"Qualquer corpo permanece no estado de repouso ou de movimento rectilíneo uniforme se a resultante das forças que actuam sobre esse corpo for nula".

Assim, se o corpo estiver em repouso continuará em repouso; se estiver em movimento, continuará o seu movimento em linha recta e com velocidade constante.

Veja alguns exemplos:

Quando a força acelera o cartão...

O cavalo freia e...

Ao puxar bruscamente, a cartolina acelera e a moeda cai dentro do copo.

Quando o cavalo freia subitamente, o cavaleiro é projectado.

 

Veja o exemplo do cavalo e do cavaleiro. Quando o cavalo pára subitamente, o cavaleiro que estava em movimento tende a continuar em movimento, logo este é lançado para a frente. O exemplo, ilustra bem a importância do uso do cinto de segurança quando andamos de automóvel. Se os passageiros estiverem soltos no interior do automóvel, qualquer movimento brusco, como o de uma travagem ou um choque acidental, o automóvel irá parar subitamente, e os passageiros serão projectados, tendendo a continuar o movimento que possuíam antes. O cinto de segurança é uma maneira de prender os passageiros ao banco do carro.

Já no exemplo da esquerda, se colocarmos um pedaço de cartolina sobre um copo, e sobre a cartolina uma pequena moeda, ao darmos um 'puxão' na cartolina, observamos que a moeda cai dentro do copo.
Com o que aprendeu, consegue explicar o que aconteceu?

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2a Lei de Newton

 

A primeira lei de Newton, explica o que acontece ao corpo quando a resultante de todas as forças externas que nele actuam é zero: o corpo pode permanecer em repouso ou continuar o seu movimento rectilíneo com velocidade constante. A segunda lei de Newton, explica o que acontece ao corpo quando a resultante das forças é diferente de zero.

Imagine que empurra uma caixa sobre uma superfície lisa (pode-se desprezar a influência de atrito). Quando se exerce uma certa força horizontal F, a caixa adquire uma aceleração a. Se se aplicar uma força 2 vezes superior, a aceleração da caixa também será 2 vezes superior e assim por diante. Ou seja,

a aceleração de um corpo é directamente proporcional à força resultante que sobre ele actua.

Entretanto, a aceleração de um corpo também depende da sua massa. Imagine, como no exemplo anterior, que se aplica a mesma força F a um corpo com massa 2 vezes maior. A aceleração produzida será, então, a/2. Se a massa triplicar, a mesma força aplicada irá produzir uma aceleração a/3. E assim por diante. De acordo com esta observação, conclui-se que:

a aceleração de um objecto é inversamente proporcional à sua massa.

A 2a Lei de Newton pode enunciar-se do seguinte modo:

A aceleração adquirida por um corpo é directamente proporcional à intensidade da resultante das forças que actuam sobre o corpo, tem direcção e sentido dessa força resultante e é inversamente proporcional à sua massa.

Veja as seguintes ilustrações:

...

1. A força da mão acelera a caixa; Força, massa e aceleração. 1. A força da mão acelera a caixa; Força, massa e aceleração.
2. Duas vezes a força produz uma aceleração duas vezes maior; 2. A mesma força sobre uma massa duas vezes maior, causa metade da aceleração;
3. Duas vezes a força sobre uma massa duas vezes maior, produz a mesma aceleração original. 3. Sobre uma massa três vezes maior, causa um terço da aceleração original.
...
A segunda lei de Newton também conhecida por Lei Fundamental da Dinâmica pode ser expressa matematicamente por:
 

2a Lei de Newton.

 
Como a massa é expressa em Kg e a aceleração, em m/s2, a unidade SI de força será kg.m/s2, e é chamada de Newton (N).
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A 3a Lei de Newton
 
 

Quando um sistema interactua com outro sistema, exercem-se sempre forças simultâneas que têm:

  • a mesma linha de acção;

  • a mesma intensidade;

  • sentidos opostos.

No entanto, estas forças estão aplicadas em corpos diferentes, nunca se anulam.

F12 = - F21

Diz-se, sempre que se verifique uma interacção, as forças actuam aos pares. As duas forças que interactuam constituem um par acção-reacção. É indiferente considerar qualquer delas como acção ou reacção.

A 3a Lei de Newton pode enunciar-se do seguinte modo:

Quando dois corpos interagem, a força que o corpo 1 exerce sobre o corpo 2 é igual e oposta à força que o corpo 2 exerce sobre o corpo 1

Como exemplo, imagine um corpo em queda livre. O peso (P = m × g) deste corpo é a força exercida pela Terra sobre ele. A reacção à esta força é a força que o corpo exerce sobre a Terra, P' = - P. A força de reacção, P', deve acelerar a Terra em direcção ao corpo, assim como a força de acção, P, acelera o corpo em direcção à Terra. Entretanto, como a Terra possui uma massa muito superior à do corpo, a sua aceleração é muito inferior à do corpo (veja a 2a Lei).

Artigo adaptado