1 - Introdução
A Mecânica é a parte da física que estuda o movimento. Pelo que sabemos,
há pelo menos cerca de 2000 anos o homem já se preocupava em explicar os
movimentos, tanto dos corpos terrestres como dos corpos celestes. No entanto,
foi Isaac Newton o primeiro a apresentar uma teoria que realmente explicava os
movimentos, em trabalho intitulado “Princípios
Matemáticos da Filosofia Natural ”, publicado em 1686. O sucesso da
Mecânica Newtoniana foi imediato e duradouro; ela reinou soberanamente por mais
de 200 anos.
Houve, é verdade, a necessidade de alguns aperfeiçoamentos, os quais
foram feitos mais tarde por outros físicos. No entanto a base da Mecânica de
Newton permaneceu inalterada até o começo do século XX, quando surgiram duas
novas mecânicas, a Mecânica Relativística (Albert Einstein) e a Mecânica Quântica
(Planck), para explicar certos fatos que a Mecânica Newtoniana não conseguia
explicar. A partir do surgimento destas duas novas mecânicas, a Mecânica
Newtoniana passou a ser chamada de Mecânica Clássica, e é esta mecânica que
estaremos estudando nos próximos capítulos, pois ela continua válida para a
maioria dos movimentos que lidamos. A mecânica relativística só é realmente
necessária quando os corpos se movem com velocidades muito altas (v > 3000
km/s), enquanto a mecânica quântica só é realmente necessária para o estudo dos
fenômenos atômicos e nucleares.
É costume dividir a Mecânica Clássica em três partes como já vimos
anteriormente. A partir de agora passaremos a estudar a Dinâmica parte da
física que relaciona grandezas como velocidade aceleração com outras grandezas,
massa, força, energia e quantidade de movimento, entre outras. Comecemos, então
este estudo pelo conceito de Força.
2 - Força
O Conceito de força está ligado a ideia de empurrar ou puxar algo. Para
Newton, a grandeza força está associada à mudança de velocidade e veremos isso
quando estudarmos a 2a Lei de Newton.
Uma característica importante da Força é que ela é uma grandeza
vetorial, isto é, para sua perfeita caracterização é necessário fornecer seu
módulo, sua direção e seu sentido.
No SI: Força => Newton (N)
Atenção!
F que representa 1 Newton ?
1 N = 1 kg . m/s2
F A soma vetorial de duas ou mais
forças, chama-se Força Resultante.
F Costuma-se dizer que o efeito de
uma força pode ser a produção de aceleração ou a deformação de um corpo, porém,
ao deformarmos um corpo estamos produzindo a aceleração de seus átomos que
estavam em “repouso” e ganharam uma certa velocidade.
3 – Princípio da Inércia – 1a
Lei de Newton
“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 - Principias)
O princípio da Inércia nos mostra que um corpo não sairá de seu estado
de equilíbrio a menos que uma força atue sobre ele, fazendo assim que este
corpo saia desse estado. Em outras palavras poderíamos dizer que a 1a
Lei de Newton, nos ensina como manter um corpo em equilíbrio.
É importante conhecer o significado do termo equilíbrio. Um corpo pode
estar em equilíbrio de duas formas (em ambos os casos a resultante das forças
que atua sobre esse corpo é nula):
=> Equilíbrio Estático => v = 0 (Repouso).
=> Equilíbrio Dinâmico => v = constante (Movimento Retilíneo Uniforme -
MRU).
Ainda podemos interpretar o Princípio da Inércia da seguinte forma: Todo
corpo possui uma tendência natural de se manter constante sua velocidade
vetorial (módulo, direção e sentido); a medida dessa tendência é a sua massa
(m).
Unidade no SI: m => quilograma (kg)
Vamos, agora, procurar entender o Princípio da Inércia através de um
exemplo. Quando estamos dentro de um ônibus parado e ele inicia o seu
movimento, sentimos atirados repentinamente para trás, isto é, tendemos a
manter nosso estado original de repouso. Por outro lado, se o ônibus
frear, diminuindo assim sua velocidade, seremos atirados para frente, mais uma vez
tendendo a manter o nosso estado original, agora de movimento (veja a figura).
4 – Princípio Fundamental –
2a Lei de Newton
“A mudança de movimento é proporcional à força motora imprimida, e é
produzida na direção da linha reta na qual aquela força é imprimida”. (Isaac Newton -
Principias)
O Princípio Fundamental (PF) nos mostra como fazer para tirar um corpo
do estado de equilíbrio. Em outras palavras a 2a Lei de Newton
estabelece que se houver uma força resultante atuando sobre o corpo, a
velocidade vetorial desse corpo sofrerá alterações, ou seja, a força resultante
atuando sobre o corpo fará surgir nele uma aceleração.
Expressando esse Princípio, matematicamente, temos:
FR = m . a
Unidades no SI:
FR => Força =>Newton (N)
m => massa => quilograma (kg)
a => aceleração => metros por segundo ao quadrado(m/s2)
Atenção! A direção e o sentido da Força Resultante serão
sempre iguais à aceleração.
5 – Princípio da Ação e
Reação – 3a Lei de Newton
“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 -
Principias)
O Princípio de Ação e Reação nos mostra que cada vez que se aplica uma
força você terá uma reação de mesmo valor, mesma direção, mas de sentido
contrário. Essas forças (ação e reação) ocorrem sempre em corpos diferentes.
Observe o exemplo abaixo. Um jogador ao chutar a bola, aplica (o seu pé)
nesta uma força F. Pelo princípio
da Ação e Reação temos que a bola reage e aplica uma força - F , isto é, uma
força de mesma direção, mesmo valor (módulo), mas de sentido diferente.
Aula sobre as 3 Leis
A vida de Newton
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