Aula 02-MOVIMENTO- Prof. Jacinto 2013.1

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DO CEARÁ
CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA
CURSO DE GRADUAÇÃO EM FÍSICA
DISCIPLINA: Introdução a Física
CARGA HORÁRIO: 102 h – 6 Créditos
PERÍODO: 2013/1
Prof. Dr. Carlos JACINTO de Oliveira
AULA 02
PRIMEIRA LEI DE NEWTON DO MOVIMENTO
 – INÉRCIA –
(Do livro: Física Conceitual de Paul Hewitt, 9ª edição - Bookman)
Mais de dois mil anos atrás, os cientistas da Grécia antiga estavam familiarizados com algumas das idéias que estudamos hoje.
Tinham um bom entendimento de algumas propriedades da luz, mas eram confusos sobre o movimento.
Um dos primeiros a estudar seriamente o movimento foi Aristóteles, o mais proeminente filósofo-cientista da Grécia antiga.
Aristóteles tentou explicar o movimento classificando-o.
O Filósofo grego Aristóteles nasceu em 384 a.C. e morreu em 322 a.C. Seus pensamentos filosóficos e idéias sobre a humanidade tem influências significativas na educação e no pensamento ocidental contemporâneo. Aristóteles é considerado o criador do pensamento lógico. Suas obras influenciaram também na teologia medieval da cristandade. 
  
Aristóteles foi viver em Atenas aos 17 anos, onde conheceu Platão, tornando seu discípulo. Passou o ano de 343 a.C. como preceptor do imperador Alexandre, o Grande, da Macedônia. Fundou em Atenas, no ano de 335 a.C, a escola Liceu, voltada para o estudo das ciências naturais. Seus estudos filosóficos baseavam-se em experimentações para comprovar fenômenos da natureza. 
Aristóteles explica o movimento
Aristóteles dividiu o movimento em duas grandes classes:
MOVIMENTO NATURAL 
MOVIMENTO VIOLENTO.
Aristóteles afirmava que o movimento natural decorria da “natureza” de um objeto, dependendo de qual combinação dos quatro elementos, terra, água, ar e fogo, ele fosse feito.
Para Aristóteles, cada objeto no universo tem seu lugar apropriado, determinado pela sua “natureza” , qualquer objeto que não esteja em seu lugar apropriado se “esforçará” para alcançá-lo.
Por ser da terra, um pedaço de barro ou uma pedra não devidamente apoiada cai ao chão.
Por ser do ar, a fumaça apropriadamente sobe.
Fumaça de um cigarro, subindo.
Queimada formando uma pirocloud.
Sendo uma mistura de terra e ar (ou mistura da natureza terra e da natureza ar), mas predominantemente terra, uma pena apropriadamente cai ao chão mas não tão rápido quanto uma pedra. 
Ele afirmava que o objeto mais pesado deveria esforçar-se mais fortemente. Portanto os objetos deveriam cair com rapidez proporcional a seus pesos: quanto mais pesado fosse o objeto, mais rápido deveria cair. 
O movimento natural poderia ser:
diretamente para cima ou para baixo, no caso de todas as coisas na Terra.
ou poderia ser circular, no caso dos objetos celestes.
O movimento circular não possuía começo ou fim, repetindo-se sem desvio.
Aristóteles acreditava que leis diferentes aplicavam-se aos céus;
Afirmava que os corpos celestes eram esferas perfeitas formados por uma substância perfeita e imutável, que ele denominou de quintessencia.
Céu estrelado, corpos em forma 
de esferas perfeitas.
 
O único objeto celeste com alguma alteração detectável era a Lua.
O movimento violento resultava de forças que puxavam ou empurrava.
Era um movimento imposto e não natural.
O fato essencial sobre o movimento violento era que ele tinha uma causa externa e era comunicado aos objetos.
Eles se moviam não por si mesmos, nem por sua natureza, mas por causa de empurrões e puxões.
O conceito de violento enfrentava suas dificuldades, pois os empurrões e puxões responsáveis por ele nem sempre eram evidentes.
Por exemplo, a corda de um arco move a flecha até que esta tenha deixado o arco; depois disso, uma explicação adicional do movimento posterior da flecha parecia requerer algum outro agente propulsor.
Aristóteles imaginou que o ar expulso do caminho da flecha em movimento originava um efeito de compressão sobre a traseira da flecha, quando o ar investisse para trás, afim de evitar a formação de um vácuo.
Em resumo, Aristóteles pensava que todos os movimentos ocorressem devido à natureza do objeto movido ou devido a empurrões ou puxões dos corpos mantidos. Uma vez que o objeto se encontra em seu lugar apropriado, ele não mais se moverá a não ser que seja obrigado por uma “força”. Com exceção dos corpos celestes, o estado normal é o repouso.
 O cosmo de Aristóteles
As afirmações de Aristóteles a respeito do movimento constituíram um início do pensamento científico, e embora ele nãos as considerasse como palavras finais sobre o assunto, seus seguidores encararam-nas como além de qualquer questionamento por quase 2.000 anos.
A noção, segundo a qual o estado normal de um objeto é o repouso, estava implícita no pensamento antigo, medieval e do início do Renascimento.
Uma vez que era evidente à maioria dos pensadores até o século XVI que a Terra ocupava seu lugar apropriado, e desde que era inconcebível uma força capaz de mover a Terra, parecia completamente claro que a Terra realmente não se movesse.
Copérnico e o Movimento da Terra
Foi nesse clima que o astrônomo polonês Nicolau Copérnico formulou sua teoria do movimento da Terra.
Copérnico raciocinou que a maneira mais simples de explicar os movimentos observados do Sol, da Lua e dos planetas no céu era supor que a Terra circulasse em torno do Sol.
Nicolau Copérnico 
(1473-1543)
O sistema Heliocêntrico de Copérnico.
O sistema Heliocêntrico de Copérnico.
O sistema Heliocêntrico de Copérnico.
Galileu e a Torre Inclinada
Foi Galileu, o mais importante cientista do século XVII, quem deu prestígio à opinião de Copérnico sobre o movimento da Terra. Fez isso desacreditando as idéias de Aristóteles sobre o movimento.
Embora não tenha sido o primeiro a apontar dificuldades nas concepções da Aristóteles, Galileu foi o primeiro a fornecer uma refutação definitiva delas através da observação e dos experimentos.
Galileu Galilei (1564 -1642)
Galileu demoliu facilmente a hipótese de Aristóteles sobre a queda dos corpos, quando deixou cair da torre inclinada de Pizza vários objetos com pesos diferentes e comparou sua quedas.
Ao contrário da afirmativa de Aristóteles, Galileu comprovou que uma pedra duas vezes mais pesada que outra não caía realmente duas vezes mais rápido.
Exceto pelo pequeno efeito de resistência do ar ele descobriu que objetos de vários pesos, soltos ao mesmo tempo caíam juntos e atingiam o chão ao mesmo tempo.
Os Planos Inclinados de Galileu
Aristóteles achava que o movimento sempre envolvia um meio resistivo, como o ar e a água, ou outro meio interagente, não acreditava na existência do vácuo, por isso, para ele, era fundamental para o movimento haver um empurrão ou o puxão.
E foi esse princípio básico de Aristóteles que Galileu negou quando afirmou que, se não houvesse interferência sobre um objeto móvel, este deveria mover-se em linha reta para sempre, nenhum puxão, empurrão ou qualquer tipo de força era necessário para isso.
Galileu testou sua hipótese fazendo experiências com o movimento de diversos objetos sobre planos inclinados.
Galileu notou que bolas que rolavam para baixo sobre planos inclinados tornavam-se mais velozes, enquanto que bolas que rolavam para cima, sobre um plano inclinado, tornavam-se menos velozes.
Disto ele concluiu que bolas que rolassem sobre um plano horizontal não deveriam torna-se mais ou menos velozes.
A bola atingiria finalmente o repouso não por causa de sua “natureza”, mas por causa do atrito.
Esta idéia foi sustentada pelas observações de Galileu sobre o movimento ao longo de superfícies progressivamente mais lisas:
quando havia menos atrito, o movimento dos objetos persistia por mais tempo; 
quanto menor o atrito mais próximo de uma constante se tornava a rapidez do movimento. 
Ele raciocinou que, na ausência de atrito ou de outras forças opositoras, um objeto movendo-se na horizontal continuaria movendo-se indefinidamente.
Essa afirmativa era sustentada por um experimento diferente e outra linha de raciocínio. 
Galileu colocou dois de seus planos
inclinados um de frente para o outro.
Ele observou que um a bola liberada do topo de um plano inclinado, a partir do repouso, rolava para baixo e então subia o outro plano inclinado até quase alcançar sua altura inicial.
Raciocinou que apenas o atrito a impedia de subir até exatamente a mesma altura, pois quanto mais liso era o plano mais próximo daquela altura inicial chegava a bola.
Ele então pôs a questão: “Se eu disponho de um plano horizontal, quão longe deve ir a bola para alcançar a mesma altura”? A resposta óbvia é “Para sempre – ela jamais alcançará sua altura inicial”.
Na ausência de forças retardadoras, a tendência da bola é mover-se eternamente sem tornar-se mais lenta.
A propriedade de um objeto de tender a manter-se em movimento em linha reta foi chamada por ele de INÉRCIA.
Uma aplicação do conceito de Galileu da inércia revelaria que nenhuma força era necessária para manter a Terra movendo-se para a frente.
O caminha estava aberto para Isaac Newton sintetizar uma nova visão do Universo. Em 1642, vários meses após a morte de Galileu, nasceu Isaac Newton. Quando tinha 23 anos, ele desenvolveu suas famosas leis do movimento. Que suplantaram em definitivo as idéias de Aristóteles.
Primeira Lei de Newton do Movimento
A tendência das coisas de resistir a mudança no seu movimento foi o que Galileu chamou de inércia.
Newton refinou a idéia de Galileu e formulou sua primeira lei, convenientemente de LEI DA INÉRCIA. 
Do Principia de Newton: 
“Todo corpo permanece em seu estado de repouso ou de movimento uniforme numa linha reta, a menos que seja obrigado a mudar aquele estado por forças imprimidas sobre ele”.
 
Isaac Newton (1642-1727
Força Resultante
As variações que ocorrem no movimento devem-se a uma força ou combinação de forças.
Uma força no sentido mais simples é um empurrão ou um puxão.
Sua origem pode ser gravitacional, elétrica, magnética ou simplesmente um esforço muscular.
Quando mais de uma força atuar sobre um objeto deve-se levar em conta a força resultante.
A figura mostra como as forças aplicadas se combinam para produzir força resultante.
Como a grandeza força é VETORIAL, calcula-se a força resultante, de um modo geral, da seguinte forma:
Quando a força resultante sobre algo é nula, dizemos que este algo está em equilíbrio mecânico. 
Condições de Equilíbrio
Na realidade, há uma outra condição para haver equilíbrio mecânico que é que o torque resultante seja também nulo. O torque é uma grandeza associada às rotações, e será analisado em momento oportuno.
Considere um objeto em repouso sobre uma mesa.
Força de Apoio
Equilíbrio de Corpos em Movimento
Uma das formas de equilíbrio é o repouso.
Um objeto que se move com rapidez constante numa trajetória retilínea também se encontra em equilíbrio.
O equilíbrio é um estado em que não ocorrem mudanças.
Uma bola de boliche rolando com rapidez constante numa trajetória retilínea também está em equilíbrio.
O Movimento de Terra
Quando no século XVI Copérnico propôs a idéia de uma Terra em movimento, o conceito de inércia ainda não era compreendido.
Uma Terra em movimento requereria uma força de valor muito elevado, além da imaginação. 
Argumentavam que, por exemplo, quando o pássaro voasse para pegar a minhoca a Terra, se tivesse movimento, não permitiria que a minhoca fosse apanhada.
A Terra se se movesse em torno do Sol deveria ter uma rapidez de 107.000 km/h ou 30 km/s.
Depois de muito bem compreendido o conceito da inércia, sabemos que a Terra e tudo que há nela com os fluidos (gases e líquidos) e sólidos movem-se com a mesma velocidade dela. 
OBRIGADO!