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Física Geral e Experimental: mecânica
Unime
Cursos: Engenharias 
Prof Msc Tarcila Oliveira Matos Muniz 
Primeira e segunda leis de Newton
Primeira lei de Newton: o princípio da inércia
A primeira lei de Newton define que se nenhuma força resultante atua sobre um corpo, então, a velocidade desse corpo não pode mudar, ou seja, o corpo não pode sofrer aceleração
Primeira e segunda leis de Newton
Em outras palavras, se não há força resultante, um corpo que está em repouso tem a tendência de continuar em repouso e, se o corpo está em movimento, tem a tendência de continuar em movimento com velocidade constante. Isso significa que, se não há força resultante, não é possível mudar a direção e o sentido do movimento
Primeira e segunda leis de Newton
Quando um corpo está em repouso, dizemos que ele está em equilíbrio estático (velocidade constante igual a zero). Se o corpo está em movimento uniforme, dizemos que está em equilíbrio dinâmico (velocidade constante diferente de zero e aceleração nula). 
Primeira e segunda leis de Newton
Vale ressaltar que, quando o objeto está em equilíbrio dinâmico, ele se move com velocidade constante, aceleração nula, e a direção e o sentido do movimento não se alteram!
Primeira e segunda leis de Newton
A inércia é uma propriedade da matéria e consiste na tendência do corpo em manter sua velocidade vetorial (módulo e orientação), ou seja, se um corpo está em repouso, ele tem uma tendência natural e espontânea de continuar em repouso, isto é, uma tendência de manter sua velocidade nula. Quando um corpo está em movimento, ele tem uma tendência natural e espontânea de continuar em movimento, mantendo invariável sua velocidade em módulo e orientação. 
Primeira e segunda leis de Newton
Essas características da inércia são enunciadas pela primeira lei de Newton, por isso, essa lei é, também, conhecida como o princípio da inércia.
Primeira e segunda leis de Newton
Primeira e segunda leis de Newton
Força
No nosso cotidiano, exercer uma força significa puxar ou empurrar alguma coisa. A força é uma grandeza vetorial que causa a aceleração dos objetos. Assim, dizemos que uma força age sobre um objeto, mudando sua velocidade, ou seja, aplicar uma força sobre um objeto é a única forma de tirá-lo da condição de equilíbrio. A unidade que mede a força é newton (N). 
Primeira e segunda leis de Newton
Quando duas ou mais forças atuam, simultaneamente, sobre um objeto, podemos calcular a força total ou força resultante () somando vetorialmente todas as forças: ∑
Uma única força com módulo e orientação da força resultante tem o mesmo efeito sobre um objeto do que todas as forças agindo ao mesmo tempo.
Primeira e segunda leis de Newton
Para lembrar
A primeira lei do movimento de Newton afirma que, na ausência de forças, um corpo permanece em repouso ou em movimento uniforme ao longo de uma linha reta. Uma descoberta fenomenal: as coisas movimentam-se pelo espaço sideral por que nada as detém. Se um corpo se encontra inicialmente em repouso, ele continua em repouso
Primeira e segunda leis de Newton
Se em movimento retilíneo uniforme, ele continua em movimento retilíneo uniforme, para sempre. Não existe um "parar naturalmente". Com isto, ele conseguiu não só explicar o movimento dos corpos na terra, mas também dos corpos celestes. 
Primeira e segunda leis de Newton
Experiências que comprovem a primeira lei de Newton 
O passeio a cavalo é um exemplo prático e é um exemplo no qual as pessoas estão familiarizadas Imaginemos um passeio a cavalo, o cavalo assustasse e trava bruscamente. O que acontece? 
Primeira e segunda leis de Newton
A pessoa que ia em cima do cavalo cai. Este facto é explicado através da primeira lei de Newton, pois o cavalo pára, e segundo a lei, um corpo só diminui a velocidade se atuar sobre ele uma força; e como a força só atua no cavalo, a pessoa continua o movimento que estava a ter, mas desta vez sem o cavalo, segundo a primeira lei de Newton, um corpo continua o seu movimento constante retilíneo caso não lhe seja aplicada nenhuma força. A pessoa só pára o seu movimento, caindo no chão, porque são aplicadas sobre ele duas forças, a força de atrito do ar, e a força da gravidade
Primeira e segunda leis de Newton
Outro exemplo é ter por cima de um copo, um pedaço de papel ou cartolina, e uma moeda por cima do papel. Ao exercermos forças sobre o papel, ou seja, se puxarmos o papel, o que acontece? 
Primeira e segunda leis de Newton
A moeda permanece com o mesmo movimento, neste caso é nulo, porque não lhe é aplicada nenhuma força, só à cartolina. Se realizarmos esta experiência vemos que a moeda cai, no copo, depois da cartolina ter saído debaixo de si, porque a força da gravidade puxa-a para baixo
Primeira e segunda leis de Newton
Segunda lei de Newton: o princípio fundamental da dinâmica
A segunda lei de Newton enuncia o princípio fundamental da dinâmica: quando uma força é aplicada a um corpo, ele adquire uma aceleração. A aceleração possui mesma direção e mesmo sentido da força resultante. O módulo da aceleração é proporcional ao da força resultante aplicada.
Primeira e segunda leis de Newton
Matematicamente
 = k 
A constante k é uma medida da inércia do corpo, ou seja, mede a dificuldade em acelerar o corpo. Quanto maior k, maior deve ser a intensidade da força a ser aplicada. Essa constante recebeu o nome de massa, sendo representada por m. 
Primeira e segunda leis de Newton
Primeira e segunda leis de Newton
É importante ressaltar que a força resultante FR aplicada e a aceleração adquirida têm sempre a mesma orientação, isto é, mesma direção e mesmo sentido. A massa m é uma grandeza escalar e positiva (não existe massa negativa).
Primeira e segunda leis de Newton
É importante ressaltar que a força resultante aplicada e a aceleração adquirida têm sempre a mesma orientação, isto é, mesma direção e mesmo sentido. A massa m é uma grandeza escalar e positiva (não existe massa negativa).
Primeira e segunda leis de Newton
Observe pela equação do princípio fundamental da dinâmica = m a que, se a força resultante sobre um corpo é nula, então, a aceleração também é nula, logo, um corpo que não tem aceleração está em equilíbrio: ou em repouso ou se movendo com velocidade constante.
Primeira e segunda leis de Newton
Primeira e segunda leis de Newton
Exemplo 
A Figura 2.1 mostra duas forças atuando em uma caixa
Primeira e segunda leis de Newton
a) Se apenas essas duas forças atuarem na caixa, qual será a força resultante? A caixa irá se mover? Em caso afirmativo, qual será a direção e o sentido do movimento?
b) Se uma terceira força também agir sobre a caixa, qual deve ser o seu módulo e a orientação para que a caixa fique em equilíbrio estático (repouso)?
Primeira e segunda leis de Newton
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Primeira e segunda leis de Newton
Exemplo 
Primeira e segunda leis de Newton
Primeira e segunda leis de Newton
Primeira e segunda leis de Newton
Primeira e segunda leis de Newton
Avançando na prática 
Esportes no gelo
Descrição da situação-problema
Você e seu amigo estão assistindo aos Jogos Olímpicos de Inverno. A modalidade conhecida como curling é uma excelente oportunidade para estudar as leis de Newton
Primeira e segunda leis de Newton
Primeira e segunda leis de Newton
O curling é um esporte praticado em uma pista de gelo, cujo objetivo é lançar pedras de granito, que devem parar o mais próximo possível de um alvo. Sabendo que uma força de 200 N é aplicada para lançar a pedra a uma velocidade inicial de 20 m/s e que a pedraentra em repouso após 2 segundos, responda: a) como você explica o movimento da pedra, do momento em que ela é lançada até parar, visto que, neste intervalo, ninguém toca na pedra? b) qual é a massa da pedra?
Primeira e segunda leis de Newton
Primeira e segunda leis de Newton
Exercícios 
Questão 1 - Em um acidente, um carro de 1200 kg e velocidade de 162 Km/h chocou-se com um muro e gastou 0,3 s para parar. Marque a alternativa que indica a comparação correta entre o peso do carro e a força, considerada constante, que atua sobre o veículo em virtude da colisão.
ADOTE: g = 10m/s2
a) 10 vezes menor
b) 10 vezes maior
c) 15 vezes menor
d) 20 vezes maior
e) 25 vezes menor
Solução questão 1 
Resposta Questão 1
LETRA “C”
Primeiramente vamos determinar o módulo da aceleração do veículo. Para isso, a velocidade de 162 km/h será transformada para m/s.
162 km/h ÷ 3,6 = 45 m/s
A partir do movimento uniformemente variado, podemos determinar a aceleração do veículo:
v = v0 + a.t
Das informações contidas no enunciado, sabemos que a velocidade final (v) é nula, a velocidade inicial (v0) é de 45m/s e a aceleração é negativa, já que ocorre uma diminuição de velocidade, portanto:
0 = 45 – a.t
a.t = 45
a = 45
     0,3
a = 150 m/s2
Solução questão 1 
Aplicando a Segunda lei de Newton, podemos determinar a força feita pelo muro sobre o veículo.
FR = m.a
FR = 1200. 150
FR = 180.000 N
O peso do veículo é dado pelo produto de sua massa pela aceleração da gravidade, portanto:
P = m.g
P = 1200. 10
P = 12000 N
A razão entre a força feita pelo muro sobre o carro e o peso do carro é:
180.000 ÷ 12000 = 15
Portanto, o peso do carro é 15 vezes menor que a força feita pelo muro sobre o veículo.
Exercício questão 2 
2 - Sobre um corpo de massa igual a 20 kg atuam duas forças de mesma direção e sentidos opostos que correspondem a 60 N e 20 N. Determine a aceleração em que esse objeto movimenta-se.
a) 1 m/s2
b) 2 m/s2
c) 4 m/s2
d) 6 m/s2
e) 8 m/s2
Solução questão 2
Como as forças que atuam sobre o corpo possuem sentidos opostos, podemos determinar a força resultante por meio de sua subtração.
FR = 60 – 20 = 40 N
Por meio da Segunda lei de Newton, a aceleração pode ser encontrada:
FR = m.a
40 = 20.a
a = 2 m/s2
Exercício questão 3 
3 - (UEL-PR) Um corpo de massa m é submetido a uma força resultante de módulo F, adquirindo aceleração a. A força resultante que se deve aplicar a um corpo de massa m/2 para que ele adquira aceleração 4a deve ter módulo:
a) F/2
b) F
c) 2F
d) 4F
e) 8F
Solução exercício 3 
LETRA “C”
A partir da Segunda lei de Newton, podemos escrever que: F = m.a e F' = m . 4a
                                                    2                                                          F' = 2 m.a
Como m.a corresponde a F, podemos escrever que: F' = 2F.
Exercício – questão 4 
4 - (AFA-SP) Durante um intervalo de tempo de 4s atua uma força constante sobre um corpo de massa 8,0kg que está inicialmente em movimento retilíneo com velocidade escalar de 9m/s. Sabendo-se que no fim desse intervalo de tempo a velocidade do corpo tem módulo de 6m/s, na direção e sentido do movimento original, a força que atuou sobre ele tem intensidade de:
a) 3,0 N no sentido do movimento original.
b) 6,0 N em sentido contrário ao movimento original.
c) 12,0 N no sentido do movimento original.
d) 24,0 N em sentido contrário ao movimento original
Solução exercício 4 
A partir do movimento uniformemente variado, podemos determinar a aceleração do corpo:
v = v0 + a.t
6 = 9 – a.4
a.4 = 6 – 9
4.a = 3
a = ¾ = 0,75 m/s2
Por meio da Segunda lei de Newton, temos:
F = m.a
F = 8 . 0,75 = 6 N
Como após a aplicação da força a velocidade do corpo diminuiu, podemos concluir que a força é oposta ao movimento original do móvel.
Exercício 5 – Questão 5 
5 - Um carro durante um trajeto de 400 m sofre um aumento de velocidade de 20 m/s para 40 m/s. Sabendo que a massa do veículo somada à massa de seus ocupantes corresponde a 1200 kg, determine a força necessária para proporcionar tal aceleração.
a) 1000 N
b) 1200 N
c) 1800 N
d) 600 N
e) 3000 N
Solução exercício 5 
A aceleração do veículo pode ser determinada por meio da equação de Torricelli:
V2 = V02 + 2.a.Δs
402 = 202 + 2.a.400
1600 = 400 + 800.a
800.a = 1600 – 400
800.a = 1200
a = 1200 / 800
a = 1,5 m/s2
A partir da aplicação da Segunda lei de Newton, podemos definir a força.
FR = m . a
FR = 1200 . 1,5
FR = 1800 N
Física Geral e Experimental: mecânica
Unime
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