A terceira lei de Newton é uma das três leis fundamentais formuladas por Sir Isaac Newton em sua obra Principia Mathematica em 1687, que têm sido a base da mecânica clássica durante séculos.
Esta lei afirma que “para cada ação há uma reação igual e oposta”. Em outras palavras, quando o objeto A exerce uma força sobre o objeto B, o objeto B exerce simultaneamente uma força de igual magnitude, mas na direção oposta, sobre o objeto A.
Embora esta lei possa parecer simples, é fundamental para compreender como os objetos interagem no nosso ambiente. Vamos nos aprofundar no conceito através de exemplos detalhados relacionados a esta lei, o que permitirá uma compreensão mais aprofundada de sua aplicação.
1. Andar no chão
Um exemplo cotidiano e direto da terceira lei de Newton é o ato de caminhar. Quando você anda, seus pés aplicam uma força para trás no chão. Esta é a “ação”.
De acordo com a terceira lei de Newton, o solo responde exercendo uma força na direção oposta, (força de atrito), ou seja, para frente. Esta é a “reação” que permite seguir em frente. Sem esta força de reacção, simplesmente não conseguiríamos avançar. Em superfícies escorregadias, como o gelo, o atrito é mínimo e, portanto, a reação do solo é mais fraca, dificultando a caminhada.
Em termos mais detalhados, quando o pé empurra para trás, ocorre uma interação entre a superfície do calçado e o solo. O atrito entre os dois permite que a força aplicada seja suficiente para gerar uma reação direta, impulsionando o corpo para frente. A magnitude da força aplicada é igual à força que o solo exerce sobre o pé, mas na direção oposta.
2. Nade na água
Ao nadar, você usa as mãos e os pés para empurrar a água para trás. Esse retrocesso é a “ação”.
De acordo com a terceira lei de Newton, a água responde aplicando uma força de igual magnitude, mas na direção oposta, impulsionando você para frente na água. Essa força de reação é o que permite avançar enquanto nada.
O mesmo princípio pode ser observado nos peixes. Quando um peixe move a barbatana caudal para um lado, ele empurra a água em uma direção e, em resposta, a água empurra o peixe na direção oposta, permitindo que ele se mova na água. Sem a terceira lei de Newton, nem os humanos nem os animais poderiam nadar com eficiência.
3. Decolagem do foguete
A decolagem de um foguete é um exemplo dramático da terceira lei de Newton em ação. Quando um foguete decola, os gases queimados nos motores são expelidos para baixo com grande força, o que constitui a “ação”.
Segundo a terceira lei de Newton, o foguete recebe uma força de igual magnitude mas no sentido oposto, ou seja, para cima, o que lhe permite decolar do solo e subir ao espaço.
Este fenômeno é melhor explicado em termos de impulso ou impulso. Os gases expelidos adquirem um grande momento descendente, e para conservar o momento do sistema total, o foguete adquire um momento igual mas na direção oposta, o que gera a subida.
Esta aplicação é crucial na indústria aeroespacial, pois sem este princípio seria impossível lançar veículos para o espaço exterior.
4. Acerte uma bola
Quando você joga tênis ou futebol, a interação entre o instrumento (raquete ou pé) e a bola é outro exemplo da terceira lei de Newton. Quando você acerta uma bola, você exerce uma força sobre ela. Esta é a “ação”. A bola, por sua vez, exerce uma força de igual magnitude, mas na direção oposta, na raquete ou no pé. Esta é a “reação”.
Numa análise mais aprofundada, quando a raquete de ténis atinge a bola, ambas as forças interagem durante um período de tempo muito curto. A força de reação que a bola aplica à raquete é sentida na mão do jogador, o que explica por que, se você bater uma bola muito rápido, sentirá um solavanco ou vibração.
Esta troca de forças é fundamental para qualquer desporto com bola, e a capacidade dos jogadores em controlar essas forças determina o seu sucesso no jogo.
5. Remar um barco
Outro exemplo interessante é o ato de remar. Quando você usa os remos para empurrar a água para trás, você está aplicando uma força para trás na água. Esta é a “ação”.
De acordo com a terceira lei de Newton, a água responde aplicando uma força oposta nos remos, empurrando o barco para frente.
Aqui, a eficiência do movimento depende do atrito e da resistência da água. A água, por ser um fluido, oferece resistência aos remos, o que facilita a aplicação da terceira lei. Se você tentasse remar no ar, onde não há resistência suficiente, o mesmo efeito não ocorreria, pois o ar não proporciona a reação necessária para movimentar o barco para frente.
6. Pule no chão
Quando você pula, suas pernas aplicam uma força descendente no chão, que é a “ação”. O solo responde aplicando uma força ascendente de igual magnitude, que é a “reação”. Essa força de reação é o que impulsiona você para cima no salto.
Neste caso, a magnitude da força aplicada para baixo no solo determinará a altura do salto. Quanto maior for a força que você exerce no solo, maior será a força de reação que o solo aplicará sobre você e, portanto, mais alto você saltará.
Além disso, a terceira lei também explica porque é mais fácil saltar em superfícies firmes, como o concreto, em comparação com superfícies macias, como a areia, onde o solo não pode gerar uma reação tão forte.
7. Colisão entre um carro e uma parede
Imagine um carro batendo em uma parede. Neste caso, o carro exerce uma força para frente na parede no momento do impacto. Esta é a “ação”. A parede, em resposta, exerce uma força de igual magnitude, mas na direção oposta, sobre o carro, o que constitui a “reação”. Essa força de reação é o que para o carro ou até mesmo o empurra para trás.
Neste tipo de situações, a terceira lei de Newton também é crucial para compreender os danos sofridos tanto pelo carro como pela parede. Se o carro se deslocar rapidamente, a força de colisão será maior, o que implica que a reação da parede também será maior. Isso explica por que os acidentes em alta velocidade tendem a ser mais devastadores do que os em baixa velocidade.
Além disso, as forças envolvidas na colisão podem ser distribuídas de forma desigual dependendo da estrutura dos materiais envolvidos.
8. Jogue uma pedra
Quando você joga uma pedra, sua mão aplica uma força sobre a pedra. Esta é a “ação”. A pedra, em resposta, aplica uma força de igual magnitude, mas na direção oposta, em sua mão. Esta é a “reação”.
Embora a pedra avance devido à força aplicada, sua mão sente a força oposta no momento do lançamento.
Este exemplo também pode estar relacionado ao conceito de momento. Quanto maior a força aplicada à pedra, mais rápido ela se deslocará. No entanto, a força de reação na sua mão também será maior, o que pode fazer com que você sinta um puxão ou resistência ao atirar objetos pesados ou rápidos.
9. Empurre uma mesa
Ao empurrar uma mesa, você aplica uma força para frente sobre a mesa. Esta é a “ação”. A mesa, por sua vez, exerce sobre suas mãos uma força de igual magnitude, mas na direção oposta. Esta é a “reação”.
Embora a mesa se mova para frente devido à força aplicada, a força de reação que a mesa exerce sobre você pode fazer com que você sinta resistência, especialmente se a mesa for pesada.
Se aplicar mais força, a mesa se moverá com mais facilidade, pois o atrito entre a mesa e o chão é superado com mais facilidade. Porém, a força que você sente nas mãos será sempre igual à força que você aplica, embora na direção oposta, o que é uma manifestação clara da terceira lei de Newton.
10. Pouso de avião
Quando um avião pousa, suas rodas exercem uma força descendente na pista devido ao peso do avião. Esta é a “ação”.
A pista, de acordo com a terceira lei de Newton, exerce uma força ascendente de igual magnitude sobre as rodas do avião. Esta é a “reação” que sustenta o avião e permite que ele desacelere com segurança.
Este processo é fundamental para que a aeronave faça uma parada controlada. Se esta força de reação ascendente não existisse, o avião não seria capaz de frear adequadamente e poderia derrapar para fora da pista. Além disso, durante o pouso, os freios e o atrito entre as rodas e a pista geram forças adicionais que permitem que o avião pare completamente.
11. Reação em cadeia em um reator nuclear
Num reator nuclear, a fissão de núcleos pesados, como o urânio-235, gera energia. Durante este processo, quando um nêutron atinge um núcleo de urânio, o núcleo se divide em dois fragmentos menores, liberando energia e mais nêutrons. Esses nêutrons podem, por sua vez, colidir com outros núcleos de urânio, desencadeando uma reação em cadeia .
Nos termos da terceira lei de Newton, quando o nêutron atinge o núcleo do urânio e o divide, ocorre uma “ação” que consiste na fragmentação do núcleo e na liberação de partículas subatômicas, como nêutrons e fótons (raios gama). A “reação” é a força de igual magnitude, mas em direção oposta, que os fragmentos do núcleo exercem sobre as partículas liberadas.
Esses fragmentos se repelem e se separam em alta velocidade, gerando o calor necessário para converter água em vapor e fazer funcionar as turbinas do reator.
12. Propulsão nuclear em submarinos e naves espaciais
Alguns submarinos e naves espaciais utilizam reatores nucleares para gerar energia e propulsão.
Neste caso, a terceira lei de Newton também está presente em sistemas de propulsão baseados em energia nuclear. Um reator nuclear em um submarino utiliza a energia liberada pela fissão para aquecer água e gerar vapor, que é então expelido através de turbinas para gerar energia mecânica que impulsiona a embarcação.
A terceira lei se aplica quando o vapor gerado pelo reator nuclear é expelido para um lado, criando uma força de reação para o lado oposto que movimenta o submarino ou a espaçonave.
Essa ação de expelir vapor ou gases segue o mesmo princípio da propulsão a jato, mas em vez de queimar combustível químico, a energia liberada pela fissão nuclear é utilizada para gerar empuxo.