AULA 5 LEIS DE NEWTON E APLIC

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FÍSICA 1
ENGENHARIA ELÉTRICA
LEIS DE NEWTON
Prof. Adeilson Nascimento de Souza
adeilson100@hotmail.com
CONTEÚDO PARA REFORÇO DE ESTUDO DINÂMICA 
 LEIS DE NEWTON E SUAS APLICAÇÕES
Vamos começar esse estudo fazendo algumas perguntas ...
Por que, quando um ônibus freia ou acelera, somos “empurrados” para frente ou para trás?
Mas antes de responder, precisaremos conhecer alguns conceitos fundamentais da Física ...
Por que precisamos utilizar o cinto de segurança quando estamos no carro?
Como é possível retirar um papel debaixo de uma garrafa sem tirá-la do lugar?
Por que não é possível uma pessoa se erguer puxando o seu próprio cabelo?
do Ensino Fundamental
CIÊNCIAS, 9º ANO
As Leis de Newton
As Leis de Newton
	As Leis de Newton são Leis que determinam como a ação das Forças influenciam no estado de movimento dos corpos.
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CIÊNCIAS, 9º ANO
As Leis de Newton
	Trouxe grande contribuição para a humanidade com seu estudo nas mais diversas áreas da Ciência, principalmente em Física e Matemática.
Isaac Newton
	Nascido em 1642, mesmo ano da morte do Físico Galileu Galilei, em Woolsthorpe, Lincolnshire, localizada na Inglaterra. Além de Física e Matemática, ele estudou Filosofia, Astronomia, Astrologia, Alquimia, Teologia, entre outras Ciências.
Imagem: Isaac Newton / Jan Arkesteijn / Domínio Público
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As Leis de Newton
O Binômio de Newton
A criação e o desenvolvimento dos Cálculos Diferencial e Integral
O estudo sobre os Fenômenos Ópticos que possibilitaram a elaboração da teoria sobre a cor dos corpos
O estudo das Leis dos movimentos (As Leis de Newton - as quais estudaremos agora)
O desenvolvimento da Lei da Gravitação Universal
Dentre os muitos trabalhos que Isaac Newton elaborou, podemos citar:
Imagem: LadyofHats / Creative Commons CC0 1.0 Universal Public Domain Dedication
Imagem: Suidroot / GNU Free Documentation License
Imagem: KSmrq / GNU Free Documentation License
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As Leis de Newton
	Qualquer agente capaz de produzir num corpo uma aceleração e/ou uma deformação.
Força
Imagem: Senior Airman Brett Clashman, U.S. Air Force / Domínio Público
Imagem: Azreey / GNU Free Documentation License
Imagem: GeorgeStepanek / GNU Free Documentation License
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As Leis de Newton
Onde estão as Forças?
	Elas estão presentes em todas as situações cotidianas. Até mesmo onde você nem imagina. Sempre há um tipo de força envolvida num fenômeno.
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As Leis de Newton
	Instrumento utilizado para medir força.
Dinamômetro
Imagem: Tano4595 / GNU Free Documentation License
Imagem: Briain / Domínio Público
Imagem: Tucker T / Creative Commons CC0 1.0 Universal Public Domain Dedication
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As Leis de Newton
Forças Fundamentais da Natureza
	Na Natureza, existem apenas quatro tipos de forças, listadas abaixo em ordem decrescente de intensidade.
Força Nuclear Forte: Força responsável por manter o núcleo do átomo coeso.
Força Nuclear Fraca: Força que cinde (separa, reparte) as partículas.
Força Eletromagnética: Força de interação entre partículas que possuem carga elétrica.
Força Gravitacional: Força de interação entre corpos que possuem massa.
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As Leis de Newton
Classificação das Forças
Forças de Contato: São forças que surgem no contato de dois corpos.
Ex.: Quando puxamos/empurramos um corpo.
Imagem: Oleg Alexandrov / Domínio Público
Imagem: Ryan Child / U.S. Navy / Domínio Público
Imagem: imagesbywestfall / Creative Commons Attribution 2.0 Generic
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As Leis de Newton
Forças de Campo: São forças que atuam a distância, dispensando o contato.
Ex.: Ímã e um metal; o satélite e a Terra.
Classificação das Forças
Imagem: Steve Jurvetson / Creative Commons Attribution 2.0 Generic
Imagem: StarryTG / NASA / Domínio Público
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As Leis de Newton
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Sir Isaac Newton 1642 – 1727 
Principia Mathematica Philosophiae Naturalis. 
As Leis da Dinâmica
Imagem: Isaac Newton / Jan Arkesteijn / Domínio Público
Imagem: Aushulz / Creative Commons Atribuição-Partilha nos Termos da Mesma Licença 2.0 Genérica
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As Leis de Newton
1ª Lei de Newton: LEI DA INÉRCIA
	“Todo corpo continua em seu estado de repouso ou de movimento uniforme em uma linha reta, a menos que ele seja forçado a mudar aquele estado por forças imprimidas sobre ele”.
(Isaac Newton - Principia)
Imagem: NASA / Domínio Público
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As Leis de Newton
	Segundo Aristóteles, o movimento de um corpo não é um estado natural. Para que ele ocorra, é necessária a ação de uma força.
	Segundo Galileu, inércia consiste na tendência natural que os corpos possuem em manter velocidade constante.
Aristóteles (384 a.C. – 322 a.C.)
Galileu (1564 d.C. – 1642 d.C.)
Imagem: Sting / Creative Commons - Atribuição - Partilha nos Mesmos Termos 2.5 Genérica
Imagem: Justus Sustermans (1597–1681) / Domínio Público
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As Leis de Newton
Inércia
	A INÉRCIA consiste na tendência natural que os corpos possuem em manter sua velocidade constante (Manter o seu estado de equilíbrio – Repouso ou M.R.U.).
A grandeza física que mede a quantidade de inércia de um corpo se chama MASSA. 
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As Leis de Newton
Observe as tirinhas a seguir ...
http://t0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcTwwETFTTZT4Z3wueTMPY49yqIVeZ9HsEQqsEJrxqq2T7VtJAC2
http://www.cepa.if.usp.br/e-fisica/imagens/mecanica/universitario/cap10/garfieldin3.jpg
http://www.cepa.if.usp.br/e-fisica/imagens/mecanica/universitario/cap10/garfieldin4.jpg
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As Leis de Newton
Algumas situações em que a Lei da Inércia aparece
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Imagem: Munsterbusiness.ie / Creative Commons Attribution 3.0 Unported
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As Leis de Newton
A importância do cinto de segurança
	Num choque frontal, os ocupantes de um carro, por causa da Inércia, tendem a continuar em movimento, em relação à pista e podem, eventualmente, se chocar contra o para-brisa, o volante. O cinto de segurança tem a finalidade de, nessas situações, aplicar força ao corpo do passageiro, diminuindo a sua velocidade.
Imagem: Gerdbrendel / GNU Free Documentation License
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As Leis de Newton
Força é o agente que altera a velocidade do corpo, vencendo assim a tendência natural de manter seu estado de equilíbrio (INÉRCIA).
De acordo com a Lei da Inércia... 
Todo corpo em equilíbrio mantém, por inércia, sua velocidade constante.
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As Leis de Newton
Referenciais Inerciais
	A primeira lei de Newton não faz distinção entre um corpo estar em repouso ou em movimento uniforme (velocidade constante). O fato de o corpo estar em um ou em outro estado depende do referencial (sistema de coordenadas) em que o corpo é observado. 
	Em relação a mim, o pacote está em repouso, pois suas coordenadas permanecem constantes em relação ao referencial. Assim, segundo a 1ª lei de Newton, ele tende a permanecer em repouso, a não ser que alguma força atue e modifique seu estado.
	Ei! Aquele pacote que está em cima da mesa está em movimento, pois suas coordenadas estão mudando em relação a esse referencial adotado. 
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As Leis de Newton
Como você explicaria o fenômeno a seguir?
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	Referenciais com aceleração são chamados de não inerciais. AS LEIS DE NEWTON SÓ VALEM EM REFERENCIAIS INERCIAIS, ou seja, referenciaiscom velocidade constante.
	Há algo estranho! Se o corpo estava em repouso em relação ao meu referencial, ele só poderia mudar de estado se uma força agisse sobre ele. Ele mudou de estado e eu não sei que força atuou pois não vi nenhum agente. Assim, nesse referencial, a 1ª lei de Newton não é observada.
	O fato se explica baseado na 1ª lei de Newton: o corpo já estava em movimento, a tendência é manter o seu estado já que a força foi aplicada no trem e não no pacote. Assim, seu estado deve permanecer.
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As Leis de Newton
Referencial Inercial
O referencial só é considerado INERCIAL se estiver em EQUILÍBRIO, ou seja, não possuir aceleração, quer dizer, ou está em repouso ou em movimento retilíneo uniforme (MRU).
As Leis de Newton somente são válidas para referenciais inerciais!
Quando os movimentos tiverem grande duração e se exigir precisão, adotar-se-á como referencial inercial o "referencial estelar", que se utiliza de estrelas cujas posições têm sido consideradas invariáveis durante anos de observação (“estrelas fixas no céu”).
Imagem: Smiley.toerist / GNU Free Documentation License
Imagem: G. Hüdepohl/ESO / European Southern Observatory / Creative Commons Attribution 3.0 Unported
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As Leis de Newton
Consideremos a seguinte situação.
	Se nos pusermos em cima de uma balança dentro de um elevador subindo, os nossos pés exercerão uma pressão maior sobre a balança – esta registrará um peso superior ao medido com a balança no chão (figura a, ao lado). No entanto, o mesmo aconteceria se, de alguma forma, a gravidade se tornasse mais forte num elevador parado. 
	Num elevador descendo acelerado, sentiremos a gravidade mais fraca (figura b, abaixo).
Atenção
Imagem: Peregrine981 / GNU Free Documentation License.
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As Leis de Newton
	Numa conferência em Kyoto em 1922, Einstein descreveu um momento de inspiração que teve em 1907: “Encontrava-me sentado no gabinete de patentes em Berna, quando, de repente, me ocorreu um pensamento: se uma pessoa cair livremente, não sentirá o seu próprio peso. Fiquei surpreso. Esse simples pensamento causou-me uma profunda impressão. Levou-me a elaborar a teoria da gravitação.” 
Imponderabilidade
Imagem: NASA / Domínio Público
Imagem: NASA / Domínio Público
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As Leis de Newton
2ª Lei de Newton:
“Princípio Fundamental da Dinâmica”
“A mudança do estado de movimento de um corpo é proporcional à força motora imprimida, e é produzida na direção da linha reta na qual aquela força foi imprimida” 
(Isaac Newton - Principia)
Imagem: Ryan Child / U.S. Navy / Domínio Público
m=1kg
F= 1N
a= 1 m/s²
A força de 1N aplicada em um corpo de 1kg provoca aceleração de 1m/s²
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FÍSICA, 1º ANO
Lei da Inércia e Ação e Reação
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	Percebemos que Massa e Aceleração são grandezas inversamente proporcionais
Aforça que a mão exerce acelera a caixa
A forçaque a mão exerce acelera a caixa
Duas vezes a força produz uma aceleração duas vezesmaior
A mesma força sobre uma massa duas vezes maior causa metade da aceleração
Duas vezes a força sobre uma massa duas vezes maiorproduz a mesma aceleração original
Sobre uma massa três vezes maior, causaum terço da aceleração original
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3ª Lei de Newton:
LEI DA AÇÃO E REAÇÃO
“A toda ação há sempre oposta uma reação igual, ou, as ações mútuas de dois corpos um sobre o outro são sempre iguais e dirigidas a partes opostas”.
(Isaac Newton - Principia)
1. O par ação/reação nunca se equilibra, pois as forças atuam em corpos diferentes.
Observações:
2. O par aparece instantaneamente, então qualquer uma das forças pode ser ação ou reação. 
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Alguns exemplos de Ação e Reação
Imagem: Danielle / GNU Free Documentation License
Imagem: Andre Engels / Creative Commons Attribution 2.0 Generic
Imagem: Nasser Akabab / GNU Free Documentation License
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As Leis de Newton
	Um patinador encostado a uma parede ganha impulso, isto é, ele se acelera ao "empurrar" uma parede com as mãos. O resultado da reação da parede é uma força que o habilita a qualquer aceleração.
	Ao empurrarmos um carro colocando-o em movimento, aplicamos uma força sobre ele. A força de reação do carro está no sentido oposto ao da força aplicada.
	Ao chutarmos uma bola, os nossos pés aplicam uma força sobre ela. A força de reação da bola age sobre o pé do jogador. O pé experimenta um movimento de recuo. Experimente chutar uma bola leve e outra pesada, para comparar a reação da bola sobre o seu pé.
	Os motoristas usam um pequeno martelo de madeira para testar a pressão dos pneus do caminhão. Ao batermos no pneu, exercemos uma força sobre este. A força de reação do pneu faz o martelo inverter o sentido do movimento. O motorista sente o retorno e sabe quando o pneu está bom.
Imagem: Jacinta Quesada / Domínio Público
Imagem: Rulesfan / Domínio Público
Imagem: icegianna / Domínio Público
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	As tirinhas abaixo mostram situações bem interessantes sobre a 3ª Lei de Newton. Analise-as e comente sua veracidade.
http://aprendafisica.hdfree.com.br/leisde5.jpg
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Vamos Exercitar?
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Como o caminhão está em repouso, a força resultante que atua sobre ele é nula.
Exemplo 01
Resolução
N1
N2
N3
P
	Na pesagem de um caminhão, no posto fiscal de uma estrada, são utilizadas três balanças. Sobre cada balança são posicionadas todas as rodas de um mesmo eixo. As balanças indicaram 30000N, 20000N, e 10000N
A partir desse procedimento é possível concluir que o peso do caminhão é de:
20.000 N
25.000 N
30.000 N
50.000 N
60.000 N
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F
37°
FX
FY
A força FX é a única que pode contribuir para alterar a leitura da balança. Vamos calcular o valor de FX.
Exemplo 02
Unifesp
	Suponha que um comerciante inescrupuloso aumente o valor assinalado pela sua balança, empurrando sorrateiramente o prato para baixo com uma força F de módulo 5,0 N, na direção e sentido indicados na figura.
Resolução
Fazendo a decomposição da força, temos que:
	Com essa prática, ele consegue fazer uma mercadoria de massa 1,5 kg medir por essa balança como se tivesse massa de:
Dados: sem 37° = 0,60
Cos 37° = 0,80
G = 10m/s2
a) 3,0 kg		d) 1,8 kg
b) 2,4 kg		e) 1,7 kg
c) 2,1 kg
88.88
F
37°
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A leitura da balança será influenciada pela ação da força peso P da mercadoria e da força FX, pois ambas atuam na vertical para baixo. É claro que essa duas forças darão origem a um peso aparente.
Para um peso aparente de 18 N e uma aceleração da gravidade de 10 m/s2, a massa aparente registrada na balança será:
Resposta: LETRA D
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a) A leitura da balança, 650N, é o valor da força normal que ela exerce sobre o idoso. A direção é vertical e o sentido é para cima. 
b) O peso do idoso pode ser calculado pela relação:
Parte da força que o idoso exerce sobre a balança é aliviada pelo apoio exercido pela bengala no chão. O módulo da força que a bengala exerce sobre o idoso pode ser calculado da seguinte forma:
Vertical para cima
Exemplo 03
Uma pessoa idosa de 68 kg, ao se pesar, o faz apoiada em sua bengala.
Com a pessoa em repouso, a leitura da balança é de 650 N.
Considere g=10m/s²
Calcule o módulo da força que a balança exerce sobre a pessoa e determine sua direção e seu sentido
Supondo que a força exercida pela bengala sobre a pessoaseja vertical, calcule o seu módulo e determine seu sentido
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Extras
EXTRAS
VÍDEO DO YOUTUBE
ISAAC NEWTON - O MAIOR GÊNIO DA HISTÓRIA
Link: http://www.youtube.com/watch?v=LWMOzNQl268&feature=related
 
SIMULAÇÃO
Simulações on-line no ensino da Física
Link: http://nautilus.fis.uc.pt/personal/antoniojm/applets_pagina/dinamica.htm
 
LABORATÓRIO VIRTUAL
Feira de Ciências
Link: http://www.feiradeciencias.com.br
 
EXPERIÊNCIAS/ EXPERIMENTOS
Inércia (Deixe-me estar como estou)
Link: http://www.feiradeciencias.com.br/sala05/05_01.asp
 
INTERAÇÃO ENTRE CORPOS (Ação e reação)
Link: http://www.feiradeciencias.com.br/sala05/05_03.asp
Modelo de Foguete (3ª lei de Newton, Quantidade de movimento e Impulso)
Link: http://www.feiradeciencias.com.br/sala05/05_04.asp
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Bibliografia
BENIGNO, Barreto Filho; XAVIER, Cláudio da Silva. Física aula por aula. 1. ed. São Paulo: Editora FTD, 2010. vol. 01
GASPAR, Alberto. Compreendendo a Física. São Paulo: Editora Ática, 2011. Vol. 01. 
GUALTER; HELOU; NEWTON. Física. Vol. 01. São Paulo: Editora Saraiva, 2011. 
MÁXIMO, Antônio; ALVARENGA, Beatriz. Curso de Física. 1. ed. São Paulo: Editora Scipione, 2011. vol. 01. 
<http://educar.sc.usp.br> Acesso em 25/05/2012.
<http://pt.wikipedia.org> Acesso em 25/05/2012.
<http://www.ciencia-cultura.com/Pagina_Fis> Acesso em 25/05/2012.
<http://www.coladaweb.com/fisica> Acesso em 25/05/2012.
<http://www.fisica.ufs.br> Acesso em 25/05/2012.
<http://www.fisicafacil.pro.br> Acesso em 25/05/2012.
<http://www.if.ufrj.br> Acesso em 25/05/2012.
<http://www.infoescola.com/fisica> Acesso em 25/05/2012.
<http://www.mundoeducacao.com.br> Acesso em 25/05/2012.
<http://www.sofisica.com.br/conteudos> Acesso em 25/05/2012.
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Isaac Newton / Jan Arkesteijn / Domínio Público
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5a
LadyofHats / Creative Commons CC0 1.0 Universal Public Domain Dedication
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Newton_portrait_with_apple_tree.svg
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Suidroot / GNU Free Documentation License
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Prism-rainbow-black.svg
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5c
KSmrq / GNU Free Documentation License
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Senior Airman Brett Clashman, U.S. Air Force / Domínio Público
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Azreey / GNU Free Documentation License
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GeorgeStepanek / GNU Free Documentation License
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Tano4595 / GNU Free Documentation License
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Briain / Domínio Público
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Tucker T / Creative Commons CC0 1.0 Universal Public Domain Dedication
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Oleg Alexandrov / Domínio Público
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Ryan Child / U.S. Navy / Domínio Público
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imagesbywestfall / Creative Commons Attribution 2.0 Generic
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Steve Jurvetson / Creative Commons Attribution 2.0 Generic
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StarryTG / NASA / Domínio Público
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Isaac Newton / Jan Arkesteijn / Domínio Público
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Aushulz / Creative Commons Atribuição-Partilha nos Termos da Mesma Licença 2.0 Genérica
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NASA / Domínio Público
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Sting / Creative Commons - Atribuição - Partilha nos Mesmos Termos 2.5 Genérica
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Justus Sustermans (1597–1681) / Domínio Público
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BrokenSphere / GNU Free Documentation License
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Munsterbusiness.ie / Creative Commons Attribution 3.0 Unported
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Gerdbrendel / GNU Free Documentation License
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SoylentGreen / GNU Free Documentation License
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Smiley.toerist / GNU Free Documentation License
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G. Hüdepohl/ESO / European Southern Observatory / Creative Commons Attribution 3.0 Unported
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Peregrine981 / GNU Free Documentation License.
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NASA / Domínio Público
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NASA / Domínio Público
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Ryan Child / U.S. Navy / Domínio Público
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Danielle / GNU Free Documentation License
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Andre Engels / Creative Commons Attribution 2.0 Generic
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Nasser Akabab / GNU Free Documentation License
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icegianna / Domínio Público
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Jacinta Quesada / Domínio Público
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LISTA DE EXERCÍCIOS SOBRE LEIS DE NEWTON E SUAS APLICAÇÕES.
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Uma força de 50N é aplicada a um corpo de massa 100kg que se encontra em repouso. Sendo esta a única força que atua no corpo, qual a velocidade alcançada após 10s da aplicação da força?
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As Leis de Newton
CIÊNCIAS, 9º ANO
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FIM POR ENQUANTO.
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