A Terceira Lei de Newton, também conhecida como Lei da Ação e Reação, é uma das leis fundamentais da física que descreve a relação entre as forças exercidas por dois corpos em interação. Neste contexto, as forças são sempre iguais em magnitude e opostas em direção, o que implica que toda ação gera uma reação de mesma intensidade, porém em sentido contrário. Esta lei possui diversas aplicações práticas em diferentes áreas da ciência, engenharia e tecnologia, e pode ser comprovada através de experimentos simples e exercícios teóricos. Neste artigo, exploraremos algumas dessas aplicações, experimentos e exercícios para ajudar a compreender melhor a Terceira Lei de Newton e sua importância no estudo da dinâmica dos corpos.
Aplicações práticas da terceira lei de Newton na física e engenharia.
Aplicações práticas da terceira lei de Newton na física e engenharia.
A terceira lei de Newton, também conhecida como princípio da ação e reação, afirma que para toda ação há uma reação de igual magnitude, porém em direção oposta. Essa lei é fundamental para entender o funcionamento de diversos fenômenos na física e na engenharia.
Na física, a terceira lei de Newton é aplicada em situações como o movimento de foguetes espaciais. Quando um foguete é lançado, a queima do combustível gera uma força para baixo, impulsionando o foguete para cima. Essa força para baixo é a ação, e a reação é a força que o foguete exerce para cima, fazendo com que ele se mova na direção desejada.
Na engenharia, a terceira lei de Newton é crucial para o projeto de estruturas e máquinas. Por exemplo, em um elevador, a força exercida pelo motor para levantar ou descer o elevador é a ação, e a reação é a força que o elevador exerce nas cordas que o sustentam. Essa compreensão da terceira lei de Newton é essencial para garantir a segurança e eficiência de projetos de engenharia.
Experimentos simples podem ilustrar a terceira lei de Newton, como o clássico exemplo da colisão de dois corpos. Quando um corpo colide com outro, a força que um exerce sobre o outro é igual em magnitude e oposta em direção. Esse princípio pode ser observado em diversas situações do dia a dia, como em acidentes de trânsito ou em esportes de contato.
Para fixar o conceito da terceira lei de Newton, é possível realizar exercícios práticos, como calcular a força de reação em diferentes situações. Esses exercícios ajudam a reforçar a compreensão da lei e sua aplicação em diversos contextos.
Em resumo, a terceira lei de Newton tem aplicações práticas fundamentais na física e engenharia, sendo essencial para o entendimento de diversos fenômenos e para o projeto de estruturas e máquinas. Através de experimentos e exercícios, é possível explorar e compreender melhor esse princípio fundamental da mecânica.
Entenda a Terceira Lei de Newton com exemplos práticos de interação entre corpos.
Entenda a Terceira Lei de Newton com exemplos práticos de interação entre corpos.
A Terceira Lei de Newton, também conhecida como Lei da Ação e Reação, afirma que para toda ação há uma reação de igual intensidade, porém em sentido contrário. Isso significa que quando um corpo exerce uma força sobre outro, o segundo corpo também exerce uma força de mesma intensidade, mas em direção oposta. Essa lei é fundamental para compreender as interações entre os corpos e o movimento de objetos no universo.
Um exemplo prático da Terceira Lei de Newton é o impulso exercido por um jogador de futebol ao chutar a bola. Quando o jogador chuta a bola, ele exerce uma força sobre ela. Em resposta, a bola exerce uma força de mesma intensidade, porém em sentido contrário, fazendo com que ela seja impulsionada para frente.
Outro exemplo é o movimento de um foguete no espaço. Quando o foguete lança gases para trás, ele exerce uma força para cima. Em resposta, os gases exercem uma força para baixo, impulsionando o foguete para cima.
Para visualizar a Terceira Lei de Newton de forma prática, pode-se realizar o experimento do carrinho de mão. Ao empurrar um carrinho de mão para frente, você exerce uma força sobre ele. Em resposta, o carrinho exerce uma força de mesma intensidade, mas em sentido contrário, empurrando você para trás.
Para fixar o conhecimento sobre a Terceira Lei de Newton, é possível realizar exercícios práticos. Por exemplo, calcular a intensidade da força exercida por um corpo sobre outro em diferentes situações de interação.
Em resumo, a Terceira Lei de Newton é essencial para compreender as interações entre os corpos e o movimento dos objetos no universo. Através de exemplos práticos, experimentos e exercícios, é possível compreender e aplicar essa lei de forma eficaz.
Como demonstrar a terceira lei de Newton através de experimentos práticos e teóricos.
Para demonstrar a terceira lei de Newton, que afirma que “toda ação tem uma reação igual e oposta”, podemos realizar alguns experimentos práticos e teóricos simples. Um experimento clássico para ilustrar essa lei é o uso de um carrinho de brinquedo e um elástico.
Para começar, fixamos o carrinho em uma superfície lisa e esticamos o elástico na direção oposta ao movimento do carrinho. Quando soltamos o elástico, o carrinho se moverá para frente, demonstrando a ação do elástico impulsionando o carrinho. A reação a essa ação será o movimento do carrinho para frente.
Outro experimento interessante é o uso de dois patins de gelo em um piso sem atrito. Se uma pessoa empurrar o outro patim com força, ambos os patins se moverão em direções opostas, demonstrando mais uma vez a terceira lei de Newton.
Além dos experimentos práticos, a teoria também nos ajuda a entender como a terceira lei de Newton funciona. Através de equações e cálculos, podemos prever com precisão a magnitude e direção das forças de ação e reação em um sistema.
Em resumo, a terceira lei de Newton é fundamental para o estudo da física e pode ser facilmente demonstrada através de experimentos práticos e teóricos. Entender essa lei nos ajuda a compreender melhor o funcionamento do mundo ao nosso redor.
Aplicando as leis de Newton: exemplos práticos para compreensão da física no cotidiano.
Na física, as leis de Newton são fundamentais para entender o comportamento dos corpos em movimento. A Terceira lei de Newton, também conhecida como o Princípio da Ação e Reação, afirma que para toda ação há uma reação de igual intensidade, porém em sentido contrário. Vamos analisar algumas aplicações práticas dessa lei em nosso dia a dia.
Um exemplo simples da Terceira lei de Newton é o ato de caminhar. Quando uma pessoa dá um passo para frente, o pé empurra o chão para trás. Essa ação gera uma reação do chão, que empurra o corpo para frente, permitindo o movimento. Nesse caso, a ação é a força aplicada pelo pé no chão e a reação é a força que impulsiona o corpo para frente.
Outro exemplo é o funcionamento de um foguete espacial. Quando o foguete libera gases quentes através do motor para baixo, ocorre uma ação que empurra os gases para baixo. Em resposta, os gases exercem uma reação para cima, impulsionando o foguete para o espaço. Esse princípio é essencial para a propulsão de veículos espaciais.
Para fixar o conceito da Terceira lei de Newton, podemos realizar um experimento simples. Coloque dois carrinhos de brinquedo em uma superfície lisa e conecte-os por um elástico. Ao puxar um dos carrinhos para trás, observe que o outro carrinho se move na direção oposta. Isso ocorre devido à ação do carrinho puxado sobre o elástico, que exerce uma reação sobre o outro carrinho.
Para praticar a aplicação da Terceira lei de Newton, podemos realizar o seguinte exercício: imagine um barco a remo. Quando o remador empurra a água para trás com o remo, a água exerce uma força para frente no barco, movendo-o para frente. Identifique a ação e a reação nesse cenário e aplique o princípio da Terceira lei de Newton.
Em resumo, a Terceira lei de Newton é essencial para compreender como as forças atuam entre os corpos em interação. Ao observar e analisar exemplos práticos do cotidiano, podemos aprimorar nossa compreensão da física e sua aplicação no mundo real.
Terceira lei de Newton: aplicações, experimentos e exercícios
A terceira lei de Newton , também chamada a lei de acção e de reacção indica que quando um objecto exerce força sobre o outro, o último também exerce sobre o primeiro uma força de igual magnitude e a direcção e o sentido oposto.
Isaac Newton revelou suas três leis em 1686 em seu livro Philosophiae Naturalis Principia Mathematica ou Princípios Matemáticos da Filosofia Natural.
Explicação e fórmulas
A formulação matemática da Terceira Lei de Newton é muito simples:
F 12 = – F 21
Uma das forças é chamada ação e a outra é a reação. No entanto, é necessário destacar a importância desse detalhe: ambos atuam em objetos diferentes. Eles também fazem isso simultaneamente, embora essa terminologia sugira incorretamente que a ação ocorre antes e a reação depois.
Como forças são vetores, elas são denotadas em negrito. Essa equação indica que existem dois objetos: objeto 1 e objeto 2. A força F 12 é aquela exercida pelo objeto 1 no objeto 2. A força F 21 é exercida pelo objeto 2 no objeto 1. O sinal (-) indica que eles são opostos.
Ao observar cuidadosamente a terceira lei de Newton, uma diferença importante é observada nas duas primeiras: enquanto elas invocam um único objeto, a terceira lei se refere a dois objetos diferentes.
E se você pensar com cuidado, as interações exigem pares de objetos.
É por isso que as forças de ação e reação não se anulam ou se equilibram, embora tenham a mesma magnitude e direção, mas na direção oposta: elas são aplicadas em corpos diferentes.
Aplicações
Bola de interação – Terra
Aqui está uma aplicação muito diária de uma interação relacionada à Terceira Lei de Newton: uma bola que cai verticalmente e a Terra. A bola cai no chão porque a Terra exerce uma força de atração, conhecida como gravidade. Essa força faz com que a bola caia com aceleração constante de 9,8 m / s 2 .
No entanto, quase ninguém pensa no fato de que a bola também exerce uma força de atração na Terra. É claro que a Terra permanece inalterada, porque sua massa é muito maior que a da bola e, portanto, experimenta uma aceleração insignificante.
Outra questão notável sobre a terceira lei de Newton é que o contato entre os dois objetos em interação não é necessário. É evidente com o exemplo que acabamos de citar: a bola ainda não faz contato com a Terra, mas mesmo assim exerce sua atração. E a bola na Terra também.
Uma força como a gravidade, que age de maneira intercambiável, quer haja contato entre objetos ou não, é chamada “força de ação à distância”. Por outro lado, forças como o atrito e o normal exigem que os objetos em interação entrem em contato, então são chamados de “forças de contato”.
Fórmulas extraídas do exemplo
Voltando ao par de objetos bola – Terra, escolhendo os índices P para a bola e T para a terra e aplicando a segunda lei de Newton a cada participante deste sistema, você obtém:
F = m resultante . para
A terceira lei afirma que:
m P a P = – m T a T
a P = 9,8 m / s 2 direcionado verticalmente para baixo. Como esse movimento ocorre na direção vertical, a notação vetorial (negrito) pode ser dispensada; e escolhendo a direção para cima como positiva e para baixo como negativa, você tem:
em P = 9,8 m / s 2
m T ≈ 6 x 10 24 Kg
Independentemente da massa da bola, a aceleração da Terra é zero. É por isso que se observa que a bola cai em direção à Terra e não vice-versa.
Operação de foguetes
Foguetes são um bom exemplo da aplicação da terceira lei de Newton. O foguete mostrado na imagem no início se eleva graças à propulsão de gases quentes em alta velocidade.
Muitos acreditam que isso acontece porque esses gases de alguma forma “descansam” na atmosfera ou no solo para apoiar e empurrar o foguete. Não funciona assim.
Assim como o foguete exerce força sobre os gases e os expele para trás, os gases exercem uma força sobre o foguete, que possui o mesmo módulo, mas na direção oposta. Essa força é o que dá ao foguete sua aceleração para cima.
Se você não tem um foguete à mão, existem outras maneiras de provar que a Terceira Lei de Newton funciona para fornecer propulsão. Foguetes de água podem ser construídos, nos quais o impulso necessário é fornecido pela água expelida por meio de um gás pressurizado.
Note-se que o lançamento de um foguete d’água leva tempo e requer muitas precauções.
Uso de patins
Uma maneira mais acessível e imediata de verificar o efeito da Terceira Lei de Newton é colocar um par de patins e empurrar contra uma parede.
Na maioria das vezes, a capacidade de exercer força está associada a objetos que estão em movimento, mas a verdade é que objetos imóveis também podem exercer forças. O skatista é empurrado para trás graças à força que a parede imóvel exerce sobre ele.
As superfícies de contato exercem forças de contato (normais) entre si. Quando um livro é apoiado em uma mesa horizontal, ele exerce sobre ele uma força vertical chamada normal. O livro exerce sobre a mesa uma força vertical do mesmo valor numérico e direção oposta.
Experiência para crianças: skatistas
Crianças e adultos podem facilmente experimentar a terceira lei de Newton e verificar se as forças de ação e reação não se cancelam e são capazes de fornecer movimentos.
Dois patinadores no gelo ou em uma superfície muito lisa podem se impulsionar e experimentar movimentos na direção oposta, com a mesma massa ou não, graças à lei da ação e da reação.
Considere dois skatistas com uma massa bem diferente. Eles estão no meio de uma pista de gelo com atrito desprezível e estão inicialmente em repouso. A qualquer momento eles se empurram aplicando força constante com as palmas das mãos. Como os dois se moverão?
É importante notar que, como é uma superfície sem atrito, as únicas forças desequilibradas são as forças que os skatistas aplicam um ao outro. Embora o peso e o normal atuem em ambos, essas forças se equilibram; caso contrário, os skatistas acelerariam na direção vertical.
Fórmulas aplicadas neste exemplo
A terceira lei de Newton afirma que:
F 12 = – F 21
Ou seja, a força exercida pelo skatista 1 em 2 é igual em magnitude à exercida por 2 em 1, com a mesma direção e a direção oposta. Observe que essas forças são aplicadas a objetos diferentes, da mesma maneira que as forças estavam na bola e na Terra no exemplo conceitual anterior.
m 1 a 1 = -m 2 a 2
Como as forças são opostas, as acelerações que causam também serão, mas suas magnitudes serão diferentes, porque cada skatista tem uma massa diferente. Vejamos a aceleração adquirida pelo primeiro skatista:
Portanto, o movimento que acontece a seguir é a separação dos dois skatistas em direções opostas. Em princípio, os skatistas estavam em repouso no meio da pista. Cada um exerce uma força sobre o outro que fornece uma aceleração enquanto as mãos estão em contato e o impulso dura.
Depois disso, os skatistas se afastam um do outro com um movimento retilíneo uniforme, não agindo mais com forças desequilibradas. A velocidade de cada skatista será diferente se suas massas também forem.
Exercício resolvido
Para resolver problemas nos quais as leis de Newton devem ser aplicadas, é necessário desenhar cuidadosamente as forças que atuam no objeto. Esse desenho é chamado de “diagrama de corpo livre” ou “diagrama de corpo isolado”. Este diagrama não deve mostrar as forças que o corpo exerce sobre outros objetos.
Se houver mais de um objeto envolvido no problema, é necessário desenhar um diagrama de corpo livre para cada um dos objetos, lembrando que os casais ação-reação agem em corpos diferentes.
1- Os skatistas da seção anterior possuem massas respectivas m 1 = 50 kg e m 2 = 80 kg. Eles se empurram com uma força constante de 200 N. O impulso dura 0,40 segundo. Localizar:
a) A aceleração que cada skatista adquire graças ao impulso.
b) A velocidade de cada um quando eles se separam
Solução
a) Tome a direção horizontal positiva da esquerda para a direita. Aplicando a segunda lei de Newton com os valores fornecidos pela afirmação, temos:
F 21 = m 1 a 1
De onde:
Para o segundo skatista:
b) Para calcular a velocidade que eles carregam no momento da separação, são utilizadas as equações cinemáticas do movimento retilíneo uniformemente acelerado:
A velocidade inicial é 0, pois eles estavam em repouso no meio da pista:
v f = em
v f1 = a 1 t = -4 m / s 2 . 0,40 s = -1,6 m / s
v f2 = a 2 t = +2,5 m / s 2 . 0,40 s = +1 m / s
Resultados
Como esperado, a pessoa 1 sendo mais leve adquire maior aceleração e, portanto, maior velocidade. Agora observe o seguinte sobre o produto da massa para a velocidade de cada skatista:
m 1 v 1 = 50 kg. (-1,6 m / s) = – 80 kg.m / s
m 2 v 2 = 80 kg. 1 m / s = +80 kg.m / s
A soma dos dois produtos é 0. O produto da massa por velocidade é chamado a quantidade de movimento P. É um vetor com a mesma direção e direção da velocidade. Quando os skatistas estavam em repouso e com as mãos em contato, era de se supor que eles formavam o mesmo objeto cuja quantidade de movimento era:
P o = (m 1 + m 2 ) v o = 0
Após o término do empurrão, a quantidade de movimento do sistema de skatista permanece 0. Portanto, a quantidade de movimento é retida.
Exemplos da terceira lei de Newton na vida cotidiana
Caminhada
Caminhar é uma das ações mais cotidianas que podem ser realizadas. Se observada com cuidado, a ação de caminhar exige empurrar o pé contra o chão, para que ele retorne uma força igual e oposta ao pé do andador.
É precisamente essa força que permite que as pessoas andem. Em vôo, os pássaros exercem força no ar e o ar empurra as asas para que o pássaro seja empurrado para frente.
Movimento de um carro
Em um carro, as rodas exercem forças na calçada. Graças à reação do pavimento, exerce sobre as forças dos pneus que impulsionam o carro para a frente.
Esporte
Nos esportes, as forças de ação e reação são numerosas e têm uma participação muito ativa.
Por exemplo, vamos olhar para o atleta com o pé em um bloco inicial. O bloqueio fornece uma força normal em reação ao impulso que o atleta exerce sobre ele. O resultado dessa normalidade e o peso do corredor resultam em uma força horizontal que permite ao atleta avançar.
Mangueiras de incêndio
Outro exemplo em que a terceira lei de Newton está presente é em bombeiros que seguram mangueiras de incêndio. A extremidade dessas mangueiras grandes tem uma alça no bico que o bombeiro deve segurar quando o jato de água sai, para evitar o recuo que ocorre quando a água sai a toda velocidade.
Pelo mesmo motivo, é conveniente amarrar os barcos à doca antes de deixá-los, porque quando levado para chegar à doca, o barco recebe uma força que o afasta dele.
Referências
- Giancoli, D. 2006. Física: Princípios com Aplicações. Sexta Edição Prentice Hall. 80-82.
- Rex, A. 2011. Fundamentos de Física. Pearson 73-75.
- Tipler, P. 2010. Física. Volume 1. 5ª Edição. Reverté Editorial. 94-95.
- Stern, D. 2002. Dos astrônomos às naves espaciais. Retirado de: pwg.gsfc.nasa.gov.