Segunda Lei de Newton

Segunda Lei de Newton

O princípio da inércia afirma que um corpo só pode sair de seu estado de repouso ou de movimento retilíneo com velocidade constante se sobre ele atuar uma força resultante que não seja nula. Portanto, se alguma força resultante diferente de zero atuar em um corpo, este entra em movimento com velocidade variável.

Como já vimos, se a velocidade de um corpo varia no decorrer do tempo, isto significa que ele tem aceleração. Por exemplo, se quisermos acelerar um corpo desde o repouso até 36Km/h em um intervalo de tempo de 30s, devemos aplicar uma força sobre ele que permita esta aceleração. A intensidade desta depende também da massa do corpo.

Intuitivamente sabemos que se este corpo for um carro, é evidente que a força necessária será muito menor do que se fosse um caminhão. Logo, quanto maior a massa do corpo, maior deverá ser o valor da força necessária para que ele alcance uma determinada aceleração. A relação matemática entre a força aplicada a um corpo e a aceleração a que ele fica sujeito foi obtida por Isaac Newton e constitui a segunda lei de Newton ou princípio fundamental da dinâmica.

Equacionando a Segunda Lei

Se diante a questão proposta a pouco você respondeu diretamente proporcionais é porque já chegou à conclusão que para uma dada força resultante externa F, quanto maior a massa m do corpo tanto menor será a aceleração a adquirida. Em termos matemáticos:

F = m a

Esta equação introduz a noção de grandeza vetorial. Uma grandeza vetorial é definida pela intensidade, direção e sentido. Portanto, a aceleração adquirida pelo corpo está na mesma direção e sentido da aplicação da força.

No Sistema Internacional de Unidades (S.I.) a unidade de força é o newton (N): 1 N = 1 Kg . m/s².

Por definição, o newton é a força que produz uma aceleração 1 m/s² de quando aplicada em uma massa de 1 Kg.

Aplicações da Segunda Lei

A segunda lei de Newton explica o porquê dos objetos ficarem presos à superfície da Terra. Todos os corpos próximos a superfície da Terra estão sujeitos a uma aceleração que é a aceleração gravitacional sempre dirigida para o centro da Terra, logo temos que sobre todos os corpos atua uma força dirigida para o centro da Terra denominada peso. A aceleração gravitacional próximo a superfície da Terra é de aproximadamente 9,8m/s².

Podemos encontrar os objetos sobre rampas inclinadas em relação ao solo, neste caso devemos tomar alguns cuidados ao analisar esta situação. Primeiramente devemos considerar que os objetos quando apoiados em uma superfície estão sujeitos a uma força de contato chamada de força normal de contato (N). Esta força recebe este nome pois faz um ângulo de 90º entre a superfície o corpo e é responsável por impedir o movimento do corpo em direção ao centro da Terra, pois em geral equilibra a força peso, com exceção quando há inclinação entre a superfície e o solo, como vemos na figura abaixo:

Se considerarmos que existe um ângulo α entre a superfície da rampa e o solo, então a força peso pode ser decomposta em componentes nas direções paralela (x) e perpendicular (y) a rampa. Observe a figura abaixo

Portanto, a aceleração adquirida pelo corpo sobre a rampa no movimento decorre apenas da componente do peso na direção paralela a rampa (Px ). Ou seja,

P_x = m a

A componente do peso na direção perpendicular a rampa (P_y) equilibra a força normal de contato (N) e garante o equilíbrio nesta direção.

A análise da situação exemplificada no estudo do movimento do corpo na rampa, nos leva a seguinte conclusão:

a = g senθ, isto é “a aceleração com que o bloco desce o plano inclinado independe da sua massa m”. Por sua vez, a força normal de contato pode ser calculada por : N = mg cosθ.

Resumo

Nesta aula você estudou a Segunda Lei de Newton. A força aplicada sobre um corpo é diretamente proporcional à sua massa e à aceleração que se manifesta no movimento deste corpo. A força, assim como a aceleração é uma grandeza vetorial, resultado que permite o uso de medidas de um triângulo retângulo para o estudo de forças que atuam em movimentos inclinados.

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Referências:

WILLIAN DA SILVA, Adriano; MARIA DOS SANTOS, Angela; BURKARTER, Ezequiel. Física I. Curitiba-PR: Instituto Federal do Paraná, 2011.