Primeira lei de Newton: fórmulas, experimentos e exercícios

A primeira lei de Newton, também conhecida como lei da inércia, é uma das leis fundamentais da física que descreve o comportamento dos corpos em repouso ou em movimento. Neste artigo, iremos explorar as fórmulas, experimentos e exercícios que ajudam a compreender e aplicar essa lei de forma prática. Através de exemplos e atividades, vamos aprender como a primeira lei de Newton influencia o nosso dia a dia e como podemos utilizá-la para resolver problemas de física.

Passo a passo para realizar um experimento prático demonstrando a primeira lei de Newton.

Para demonstrar a primeira lei de Newton de forma prática, você precisará de um carrinho de brinquedo, uma superfície lisa e plana, uma régua e um cronômetro. Siga os passos abaixo:

Passo 1: Coloque o carrinho na superfície plana e lisa, garantindo que não haja atrito que possa interferir no experimento.

Passo 2: Aplique uma força inicial ao carrinho, empurrando-o suavemente com a mão.

Passo 3: Ao mesmo tempo em que empurra o carrinho, acione o cronômetro para medir o tempo que o carrinho leva para parar.

Passo 4: Observe que, de acordo com a primeira lei de Newton, o carrinho continuará em movimento reto e uniforme até que uma força externa atue sobre ele, fazendo-o parar.

Passo 5: Meça a distância percorrida pelo carrinho durante o experimento com auxílio da régua.

A partir desses dados, você poderá comprovar a primeira lei de Newton, que afirma que um objeto em movimento continuará em movimento a menos que uma força externa atue sobre ele. Realize o experimento algumas vezes para obter resultados mais precisos e comparar os dados obtidos.

Exemplos práticos da primeira lei de Newton: qual é a lei da inércia?

Um dos princípios fundamentais da física, a primeira lei de Newton, também conhecida como lei da inércia, estabelece que um objeto em repouso permanecerá em repouso e um objeto em movimento continuará em movimento com velocidade constante, a menos que uma força externa atue sobre ele. Em outras palavras, um corpo tende a manter seu estado de movimento, seja ele parado ou em movimento retilíneo uniforme.

Um exemplo prático da primeira lei de Newton é o seguinte: imagine um carro parado em um semáforo. Se o semáforo ficar verde e o motorista não pisar no acelerador, o carro permanecerá parado devido à inércia. Para que o carro entre em movimento, é necessário que uma força (o pé no acelerador) seja aplicada, alterando assim seu estado de repouso.

Outro exemplo comum é o de um patinador no gelo. Se ele estiver deslizando em linha reta e não houver atrito com o gelo, ele continuará em movimento indefinidamente devido à ausência de forças externas atuando sobre ele, de acordo com a lei da inércia de Newton.

Portanto, a primeira lei de Newton, ou lei da inércia, é essencial para compreender o comportamento dos corpos em repouso e em movimento. É a base para o estudo da dinâmica e da física clássica, e sua aplicação pode ser observada em inúmeros experimentos e situações do cotidiano.

Descubra o método para demonstrar a 1ª lei de Newton de forma simples.

Um dos métodos mais simples para demonstrar a primeira lei de Newton, também conhecida como lei da inércia, é através de um experimento com um objeto em repouso e outro em movimento constante. Para isso, você vai precisar de uma superfície lisa, como uma mesa, e alguns objetos de diferentes pesos.

Primeiramente, coloque um objeto mais leve sobre a mesa e deixe-o em repouso. Em seguida, dê um impulso em um objeto mais pesado e observe que ele continuará em movimento constante até que uma força externa atue sobre ele. Este é um exemplo claro da primeira lei de Newton: um objeto em repouso permanecerá em repouso e um objeto em movimento continuará em movimento constante, a menos que uma força externa atue sobre ele.

Outra forma de demonstrar a primeira lei de Newton é através de exercícios práticos. Por exemplo, você pode simular situações do dia a dia, como empurrar um carrinho de supermercado ou frear um carro em movimento. Nestes casos, a inércia dos objetos é evidente e a aplicação da primeira lei de Newton se torna clara.

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Portanto, ao realizar experimentos simples e exercícios práticos, é possível compreender de forma fácil e direta a primeira lei de Newton. Aproveite para praticar e consolidar seus conhecimentos sobre esse importante conceito da física.

Qual a fórmula para determinar a lei de Newton em um objeto?

A primeira lei de Newton, também conhecida como lei da inércia, afirma que um objeto em repouso permanecerá em repouso e um objeto em movimento continuará em movimento com velocidade constante, a menos que seja aplicada uma força externa sobre ele. Para determinar a lei de Newton em um objeto, podemos utilizar a fórmula:

F = m * a

Onde F representa a força aplicada sobre o objeto, m é a massa do objeto e a é a aceleração do objeto. Esta fórmula nos permite calcular a força necessária para alterar o estado de movimento de um objeto, de acordo com a primeira lei de Newton.

Para aplicar essa fórmula em um experimento, podemos medir a massa de um objeto e a aceleração que ele adquire quando uma força é aplicada sobre ele. Com esses dados, podemos determinar a força resultante e verificar se ela segue a lei de Newton.

Para praticar a aplicação da primeira lei de Newton em exercícios, podemos utilizar situações hipotéticas onde um objeto está em repouso ou em movimento e calcular a força necessária para alterar seu estado de movimento. Esses exercícios nos ajudam a compreender melhor a relação entre força, massa e aceleração em conformidade com a primeira lei de Newton.

Primeira lei de Newton: fórmulas, experimentos e exercícios

A primeira lei de Newton , também conhecida como a lei da inércia, foi primeiramente proposto por Isaac Newton, físico, matemático, filósofo, teólogo, Inglês inventor e alquimista. Eta ley declara o seguinte: ” Se um objeto não estiver sujeito a nenhuma força, ou se as forças que atuam sobre ele se anulam, ele continuará a se mover com velocidade constante em linha reta”.

Nesta declaração, a palavra-chave é continuará. Se as premissas da lei forem cumpridas, o objeto continuará seu movimento como antes. A menos que uma força desequilibrada apareça e mude o estado do movimento.

Primeira lei de Newton: fórmulas, experimentos e exercícios 1

Explicação da primeira lei de Newton. Fonte: elaboração própria.

Isso significa que, se o objeto estiver em repouso, ele continuará em repouso, exceto se uma força o retirar desse estado.Isso também significa que, se um objeto estiver se movendo com uma velocidade fixa em uma direção reta, ele continuará se movendo dessa maneira. Ele só muda quando um agente externo exerce uma força sobre ele e muda sua velocidade.

Antecedentes da lei

Isaac Newton nasceu em Woolsthorpe Manor (Reino Unido) em 4 de janeiro de 1643 e morreu em Londres em 1727.

Ele não é conhecido com certeza a data exata em que Sir Isaac Newton descobriu as três leis do din Amica, incluindo a primeira lei. Mas sabe-se que demorou muito para a publicação do famoso livro ” Princípios Matemáticos da Filosofia Natural “, em 5 de julho de 1687.

O dicionário da Real Academia Espanhola define a palavra inércia assim:

Propriedade dos corpos para manter seu estado de repouso ou movimento, se não for pela ação de uma força .”

Este termo também é usado para afirmar que qualquer situação permanece inalterada porque não foi feito nenhum esforço para alcançá-la; portanto, às vezes a palavra inércia tem uma conotação de rotina ou negligência.

A visão pré-newtoniana

Antes de Newton, as idéias predominantes eram as do grande filósofo grego Aristóteles, que afirmava que, para um objeto permanecer em movimento, é necessário que uma força aja sobre ele. Quando a força cessa, o movimento também o fará. Não é assim, mas até hoje muitos pensam assim.

Galileu Galilei, um brilhante astrônomo e físico italiano que viveu entre 1564 e 1642, experimentou e analisou o movimento dos corpos.

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Uma das observações de Galileu foi a de que um corpo que desliza sobre uma superfície lisa e polida com algum momento inicial leva mais tempo para parar e tem mais viagens em linha reta, desde que o atrito entre o corpo e a superfície seja menor.

É evidente que Galileu lidou com a idéia de inércia, mas não conseguiu formular uma afirmação tão precisa quanto Newton.

A seguir, propomos algumas experiências simples, que o leitor pode realizar e corroborar os resultados. As observações também serão analisadas de acordo com a visão aristotélica do movimento e a visão newtoniana.

Experiências sobre inércia

Experiência 1

Uma caixa é empurrada no chão e a força motriz é suspensa. Observamos que a caixa percorre um pequeno caminho até parar.

Vamos interpretar o experimento anterior e seu resultado , dentro da estrutura das teorias anteriores a Newton e depois de acordo com a primeira lei.

Na visão aristotélica, a explicação era muito clara: a caixa parou porque a força que a movia estava suspensa.

Na visão newtoniana, a caixa no piso / piso não pode continuar se movendo com a velocidade que tinha no momento em que a força foi suspensa, porque entre o piso e a caixa há uma força desequilibrada, que faz com que a velocidade diminua até a caixa para. É a força de atrito.

Neste experimento, as premissas da primeira lei de Newton não são cumpridas, e é por isso que a caixa parou.

Experiência 2

Novamente, é a caixa no chão / chão. Desta vez, a força é mantida na caixa, para compensar ou equilibrar a força de atrito. Isso acontece quando conseguimos que a caixa continue com velocidade constante e em uma direção reta.

Esse experimento não contradiz a visão aristotélica do movimento: a caixa se move com velocidade constante porque uma força é exercida sobre ela.

Nem contradiz a abordagem de Newton, porque todas as forças que atuam na caixa são equilibradas. Vamos ver:

  • Na direção horizontal, a força exercida na caixa é igual e na direção oposta à força de atrito entre a caixa e o piso.
  • Portanto, a força resultante na direção horizontal é zero, por isso a caixa mantém sua velocidade e direção.

Também no equilíbrio das forças de direção vertical, porque o peso da caixa é uma força apontando verticalmente mente para baixo é exatamente compensada pela força de contato (ou normal) para o chão exerce sobre a caixa verticalmente para cima.

A propósito, o peso da caixa é devido à atração gravitacional da Terra.

Experiência 3

Continuamos com a caixa apoiada no chão. Na direção vertical, as forças são equilibradas, ou seja, a força vertical líquida é zero. Certamente seria muito surpreendente que a caixa subisse.Mas na direção horizontal, há força de atrito.

Agora, para que a primeira premissa da lei de Newton seja cumprida, precisamos reduzir o atrito à sua expressão mínima. Podemos alcançar muito aproximados se buscarmos a superfície muito lis on para o que nós spray de óleo de silicone.

Como o óleo de silicone reduz o atrito quase a zero, quando esta caixa é lançada horizontalmente, mantém sua velocidade e direção por um longo período.

É o mesmo fenômeno que acontece com um skatista em uma pista de gelo ou com o disco de hóquei no gelo quando eles são dirigidos e soltos por conta própria.

Nas situações descritas, nas quais o atrito é reduzido a quase zero, a força resultante é praticamente zero e o objeto mantém sua velocidade, de acordo com a primeira lei de Newton.

Na visão aristotélica, isso não poderia acontecer, porque, de acordo com essa teoria ingênua, o movimento ocorre apenas quando há uma força líquida no objeto em movimento.

Primeira lei de Newton: fórmulas, experimentos e exercícios 2

A superfície gelada pode ser considerada com muito pouco atrito. Fonte: Pixabay

A primeira explicação da lei de Newton

Inércia e massa

Massa é uma quantidade física que indica a quantidade de matéria que um corpo ou objeto contém.

A massa é então uma propriedade intrínseca da matéria. Mas a matéria é composta de átomos, que têm massa. A massa do átomo está concentrada no núcleo. São os prótons e nêutrons do núcleo que praticamente definem a massa do átomo e da matéria.

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A massa é geralmente medida em quilogramas (kg), é a unidade básica do sistema internacional de unidades (SI).

O protótipo ou referência de kg é um cilindro de platina e irídio armazenado no Escritório Internacional de Pesos e Medidas em Sèvres, na França, embora em 2018 tenha sido vinculado à constante de Planck e a nova definição entre em vigor no 20 de maio de 2019.

Bem, acontece que inércia e massa estão relacionadas. Quanto maior a massa, maior a inércia de um objeto. É muito mais difícil ou caro em termos de energia alterar o estado de movimento de um objeto mais massivo do que outro menos massivo.

Exemplo

Por exemplo, é preciso muito mais força e muito mais trabalho para descansar uma caixa de uma tonelada (1000 kg) do que outra de 1 kg (1 kg). É por isso que se diz que o primeiro tem mais inércia que o segundo.

Devido à relação entre inércia e massa, Newton percebeu que a velocidade sozinha não é representativa do estado do movimento. É por isso que ele definiu uma quantidade conhecida como a quantidade de movimento ou momento que é denotada pela letra p e é o produto da massa m pela velocidade v :

p = m v

Os negritos em p e v indicam que são quantidades físicas de vetores, ou seja, são grandezas com magnitude, direção e significado.

Por outro lado, a massa m é uma quantidade escalar, à qual um número que pode ser maior ou igual a zero é atribuído, mas nunca negativo. Até agora, nenhum objeto de massa negativa foi encontrado no universo conhecido.

Newton levou sua imaginação e abstração ao extremo, definindo a chamada partícula livre . Uma partícula é um ponto material. Ou seja, é como um ponto matemático, mas com massa:

Uma partícula livre é aquela partícula que é tão isolada, tão longe de outro objeto no universo que nada pode exercer nenhuma interação ou força sobre ele.

Mais tarde, Newton definiu os sistemas de referência inercial, que serão aqueles nos quais suas três leis do movimento serão aplicadas. Aqui estão as definições de acordo com estes conceitos:

Sistema de referência inercial

Todo sistema de coordenadas vinculado a uma partícula livre ou que se move a uma velocidade constante em relação à partícula livre será um sistema de referência inercial.

Primeira lei de Newton (lei da inércia)

Se uma partícula é livre, ela tem uma quantidade constante de movimento em relação a um sistema de referência inercial.

Primeira lei de Newton: fórmulas, experimentos e exercícios 3

Primeira lei de Newton e a quantidade de movimento. Fonte: elaboração própria.

Exercícios resolvidos

Exercício 1

Um disco de hóquei é de 160 gramas vai na pista de gelo a 3 Km / h. Encontre a sua quantidade de movimento.

Solução

A massa do disco em quilogramas é: m = 0,160 kg.

A velocidade em metros durante um segundo: v = (3 / 3,6) m / s = 0,8333 m / s

A quantidade de movimento ou momento p é calculada da seguinte forma: p = m * v = 0,1333 kg * m / s,

Exercício 2

O atrito no disco anterior é considerado nulo, de modo que o momento é preservado desde que nada altere o curso reto do disco. No entanto, sabe-se que duas forças atuam no disco: o peso do disco e o contato ou força normal que o piso exerce sobre ele.

Calcule o valor da força normal em Newtons e sua direção.

Solução

Como o momento é preservado, a força resultante no disco de hóquei deve ser zero. O peso aponta verticalmente para baixo e vale a pena: P = m * g = 0,16 kg * 9,81 m / s²

A força normal deve necessariamente neutralizar o peso, de modo que deve apontar verticalmente para cima e sua magnitude será de 1,57 N.

Artigos de interesse

Exemplos da lei de Newton na vida real .

Referências

  1. Alonso M., Finn E. Física volume I: Mecânica. 1970. Fondo Educativo Interamericano SA
  2. Hewitt, P. Ciência Física Conceitual . Quinta edição . Pearson 67-74.
  3. Jovem, Hugh. Física Universitária com Física Moderna. 14th Ed. Pearson. 105-107.

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