As leis de Newton (ou os princípios fundamentais da mecânica) são três leis da física clássica que relacionam as forças que atuam sobre um corpo e o movimento desse corpo. Estas leis foram declaradas por Sir Isaac Newton (também baseado nos estudos de Galileu).
As leis de Newton são suficientes para explicar todos os movimentos da mecânica clássica, ou seja, movimentos que ocorrem a velocidades muito inferiores à velocidade da luz no vácuo. Todos eles podem ser demonstrados através da aplicação do método científico.
Estas três leis baseiam-se num sistema de referências inerciais, ou seja, com forças reais com velocidade constante.
A primeira lei de Newton: a lei da inércia
A primeira lei de Newton, também conhecida como lei da inércia, afirma que:
“Qualquer corpo mantém um estado de repouso ou movimento retilíneo uniforme enquanto nenhuma outra força atuar sobre ele ou a soma das forças que atuam sobre ele for zero.”
Se um objeto em movimento não receber nenhuma força extra, ele se moverá em linha reta com velocidade constante. Se, por outro lado, exercermos uma força lateral sobre este mesmo corpo, ele mudará de direção. Em outras palavras, um objeto não mudará seu estado de movimento a menos que algo o faça.
Exemplos
Por exemplo, se você empurrar uma caixa sobre uma superfície sem atrito, ela continuará se movendo indefinidamente, a menos que você aplique uma força oposta.
Por outro lado, se uma bola ainda estiver no chão, ela permanecerá parada, a menos que algo a faça mover-se.
Por outro lado, a Lua descreve uma trajetória circular porque experimenta constantemente uma força centrípeta na direção da Terra devido à força da gravidade com a qual a Terra e a Lua se atraem (lei da gravitação universal). Se a Lua ou qualquer outro corpo celeste não tivesse a influência da gravidade de outros planetas, eles descreveriam uma trajetória retilínea.
Segunda lei de Newton: lei da dinâmica
A segunda lei de Newton é a lei fundamental da dinâmica: estabelece a relação entre força e aceleração.
“Uma força que atua sobre um corpo confere-lhe uma aceleração proporcional à força e inversamente proporcional à massa do corpo.”
Fórmula de impulso
Massa é uma medida da quantidade de matéria no corpo. Newton introduz a noção de momento. Esta é uma grandeza vetorial igual ao produto entre a massa e o vetor velocidade.
p = m·v
Onde
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m é a massa
-
v é o vetor velocidade
Fórmula de força
Partindo do momento podemos deduzir a forma mais completa de definir a força para um corpo de massa constante.
F = m uma
Onde
-
F é o vetor de força (N)
-
m é massa (kg)
-
a é o vetor de aceleração (m/s)
Se um objeto que está em repouso não receber nenhuma força externa, ele permanecerá em repouso. Se, por outro lado, aplicarmos uma força resultante, o corpo experimenta uma aceleração e adquire um movimento uniformemente acelerado.
Terceira lei de Newton: lei da ação e reação
A terceira lei ou lei de ação e reação nos diz o seguinte:
“Quando um corpo atua sobre outro corpo com uma força (chamada força de ação), o segundo corpo também atua sobre o primeiro corpo com uma força (chamada força de reação) do mesmo tamanho e direção, mas na direção oposta. Este princípio também é conhecido como princípio de ação e reação.”
Exemplos
Um exemplo clássico desta lei é o momento de um foguete espacial. Quando os gases são ejetados para trás do motor do foguete, eles exercem uma força para frente no foguete, fazendo com que ele acelere na direção oposta.
A terceira lei de Newton também é relevante na produção de energia nuclear. Quando um núcleo de urânio se divide em dois núcleos menores (fissão nuclear), uma grande quantidade de energia é liberada.
Esta liberação de energia se deve à conservação do momento. Os dois fragmentos do núcleo se afastam um do outro em alta velocidade como resultado da ação-reação, e essa energia cinética é convertida em energia térmica que é então usada para gerar eletricidade em um reator nuclear.
Exemplos de aplicações das leis de Newton
As leis de Newton são fundamentais para a física e têm uma ampla gama de aplicações na vida cotidiana e na ciência.
Alguns exemplos de áreas onde estas leis são especialmente relevantes incluem:
- Engenharia : As leis de Newton são essenciais para o projeto e construção de máquinas, veículos e estruturas.
- Astronomia : São usados para prever e compreender o movimento de planetas, estrelas e outros corpos celestes.
- Física do movimento : As leis de Newton são a base da cinemática, que trata do estudo do movimento dos objetos.
- Engenharia espacial: São cruciais para o projeto e operação de espaçonaves e satélites.
- Tecnologia automotiva : São aplicadas para desenvolver sistemas de segurança em veículos, como airbags e sistemas de freios.
- Biomecânica : Ajudam a compreender como os seres vivos se movem e respondem às forças que lhes são aplicadas.