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F− F+ 9 FÍ SI CA I Note que, para velocidade vetorial constante, temos duas possibilidades: I. v = 0 II. v = cte, v ≠ 0 No primeiro caso, dizemos que a partícula está em equilíbrio estático em relação ao referencial, em repouso. No segundo caso, dizemos que a partícula está em equilíbrio dinâmico em relação ao referencial. Note que, em ambos os casos, a aceleração resultante é nula, pois a velocidade perma- nece constante. As Leis de Newton Agora estamos prontos para dar início ao estudo das Leis de Newton. Primeira Lei de Newton (Princípio da Inércia) “Existem certos sistemas de referência, ditos inerciais, em relação aos quais toda partícula isolada, isto é, sobre a qual não atuam forças externas, descreve um movimento retilíneo uniforme ou está em repouso”. O enunciado acima, também conhecido como Princípio da Inércia, reflete a tendência que um corpo possui de manter seu estado de MRU ou repouso, a menos que uma força externa atue sobre ele. Note que as noções de MRU e repouso dependem do referen- cial. Se uma partícula executa um MRU em relação a um dado referencial “A”, ela estará em repouso em relação a um outro referencial “B” que realize um MRU idêntico em relação à “A”. Um exemplo clássico no qual a Primeira Lei de Newton é visível é um carro em MRU. Quando o carro é frea- do, seus ocupantes sentem-se atirados para frente em relação ao automóvel, pois eles têm a tendência de continuar em MRU em relação à Terra. Note, também, que a Primeira Lei de Newton define os chamados referenciais inerciais: são referenciais nos quais o Princípio da Inércia é válido. Segunda Lei de Newton (Princípio Fundamental da Dinâmica) “Em qualquer referencial inercial, o movimento de uma partícula é regido pela equação: F = ma onde “ a ” é o vetor aceleração da partícula, “m” sua massa e F a força resultante a que a massa do sistema em estudo está sujeita”. A Segunda Lei de Newton, também chamada de Princípio Fundamental da Dinâmica, relaciona as forças externas aplicadas a uma partícula de massa constante com a aceleração que essa força provoca na partícula. Note que o vetor força é um múltiplo do vetor aceleração. Isso implica dizer que a força produz sobre uma partícula de massa constante uma aceleração de mesma direção e mesmo sentido da força. O enunciado acima também nos permite obter a unidade para o módulo da grandeza vetorial Força. Note que ela terá unidades de grandeza de massa vezes grandeza de aceleração. No SI, isso equivale a kg x m/s2. Em homenagem a Isaac Newton, a grandeza SI de força é chamada newton (N) e é definida por 1 N = 1 kg x m/s2. Outra unidade de força é o kilograma-força (kgf), que se relaciona com o newton da seguinte maneira: 1 kgf = 9,8 N. Terceira Lei de Newton (Princípio da Ação e Reação) “A cada ação corresponde uma reação igual e oposta, isto é, se o corpo i exerce uma força Fij no corpo j, o corpo j reage exercendo uma força jiij FF −= no corpo i, onde: jiij FF −= É importante ressaltar que o par de forças de ação e reação atua em corpos diferentes. Veja o exemplo: Quando, o combustível dos foguetes queima, uma grande quantidade de gases é produzida. Esses ga- ses são expelidos a uma grande velocidade. O gás aplica força de reação sobre as paredes internas do foguete e é essa força que impulsiona o foguete. Note que o foguete exerce a força sobre os gases, expelindo-os. A reação se dá sobre o foguete. Assim, o par de forças ação-reação NUNCA se anula. Outra conseqüência da Terceira Lei de Newton é que nenhuma interação interna pode comunicar acele- ração ao sistema considerado como um todo. Para isto, é absolutamente necessária uma ação externa. Forças de Contato A partir de agora estudaremos movimentos onde aparecem for- ças devido ao contato do corpo com um objeto qualquer do sistema. Forças de Tensão Considere um corpo de massa M preso a uma corda fixa em um ponto superior. Suponha que a massa da corda é desprezível. M M P T T T O bloco interage com a Terra, pois possui massa, e com a corda. A corda interage com o bloco e com o teto (pois supomos sua massa desprezível). Vamos chamar a força peso que atua sobre o corpo de P, e de T a força que a corda exerce sobre o bloco. Como sabemos que o bloco não está acelerado, podemos escrever a segunda lei de Newton: F = P - T = ma = 0 ∴T = P = mg A força T é chamada de tensão. Uma propriedade de cordas sem massa é que a tração em toda corda tem mesma intensidade, isto é, a intensidade da força com que a corda interage com o bloco é igual à intensidade da força com que a corda exerce sobre o teto. Força Normal Outro exemplo de força de contato é a força que aparece quando um corpo está colocado sobre uma superfície. Prof. Sérgio Torres Apostila 02 Física Pura 15/05/2010 9/181 Sergio Torres fisica
