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EXPLICAÇÃO

DIRETORIA DE HIDROGRAFIA E NAVEGAÇÃO

Nivelamento de F ísica

Aula II

Leis de Newton Forças de contato e de ação à distância.

Os Conceitos de Força e Massa
Uma força é um puxão ou um empurrão e é uma grandeza vetorial. Forças de contato surgem do contato físico entre dois objetos. Forças de ação à distân­cia são assim chamadas pois surgem sem que haja contato físico entre dois ob­jetos.

Massa
A massa é uma propriedade da matéria que determina a dificuldade de se ace­lerar ou desacelerar um objeto. A massa é uma grandeza escalar.

Primeira Lei do Movimento de Newton
A primeira lei do movimento de Newton, também chamada de lei da inércia, afirma que um objeto continua em um estado de repouso ou em um estado de movimento com velocidade constante ao longo de uma linha reta a menos que compelido a mudar esse estado por uma força resultante.

Inércia / Massa / Sistema de referência inercial
Inércia é a tendência natural de um objeto de permanecer em repouso ou em movimento com velocidade constante ao longo de uma linha reta. A massa de um corpo é uma medida quantitativa da inércia e é medida em uma unidade SI chamada de quilograma (kg). Um sistema de referência inercial é aquele no qual a lei da inércia de Newton é válida.

Segunda Lei do Movimento de Newton
A Natureza Vetorial da Segunda Lei do Movimento de Newton
A segunda lei do movimento de Newton afirma que quando uma força re­sultante SF atua sobre um objeto de massa m, a aceleração a do objeto po­de ser obtida a partir da seguinte equação:

SF - ma
Segunda lei de Newton (em forma vetorial)


Esta equação é vetorial e, para movimentos em duas dimensões. é equiva­lente às duas equações a seguir:

SFx = max

SFy =  may
Segunda lei de Newton (em forma de componentes)

Nestas equações, os índices x e y se referem às componentes escalares dos vetores força e aceleração. A unidade SI de força é o Newton (N).

Diagrama de corpo livre
Ao se determinar a força resultante, um diagrama de corpo livre (DCL) é bastante útil. Um DCL é um diagrama que representa o objeto e as forças que agem sobre ele.

Terceira lei do movimento de Newton
A terceira lei do movimento de Newton, freqüentemente chamada de lei da ação e reação, afirma que sempre que um objeto exerce uma força sobre um segundo objeto, o segundo objeto exerce uma força de mesmo módulo e mesma direção, mas em sentido contrário, sobre o primeiro objeto.

Forças fundamentais
Tipos de Forças: Uma Visão Geral
Apenas três forças fundamentais foram descobertas: a força gravitacional, a força nuclear forte e a força eletrofraca. A força eletrofraca se manifesta seja como a força eletromagnética, seja como a força nuclear fraca.

A Força Gravitacional
A lei de Newton da gravitação universal afirma que toda partícula no uni­verso exerce uma força de atração sobre todas as outras partículas. Para duas partículas que estão separadas por uma distância r e possuem massas m1 e m2, a lei afirma que o módulo desta força de atração é

F = G m1m2 r2
Lei da gravitação universal de Newton



Esta força atua ao longo da reta que une as partículas. A constante G pos­sui um valor G = 6,673 X 10-11 . m2/kg2 e é chamada de constante gravitacional universal.
O peso W de um objeto sobre ou acima da superfície da Terra é a força gra­vitacional que a Terra exerce sobre o objeto e pode ser calculado a partir da massa m do objeto e da aceleração gravitacional da Terra pela equação

Peso e massa
W = mg

A Força Normal
A força normal FN é uma componente da força que uma superfície exerce sobre um objeto com o qual está em contato — mais especificamente, a componente que é perpendicular à superfície.

O peso aparente é a força que um objeto exerce sobre a plataforma de uma balança e pode ser maior ou menor do que o peso real mg se o objeto e a balança tiverem uma aceleração a (+ se para cima, - se para baixo). O peso aparente é

Peso aparente

Peso aparente mg + ma

Forças de Atrito Estático e Dinâmico
Uma superfície exerce uma força sobre um objeto com o qual está em contato. A componente da força perpendicular à superfície é chamada de força normal. A componente paralela à superfície é chamada de atrito.

Atrito
A força de atrito estático entre duas superfícies se opõe a qualquer movimento relativo iminente entre as superfícies.
Força de atrito estático máxima F8MÁX = m8FN
onde m8 é o coeficiente de atrito estático e FN é o módulo da força normal.
A força de atrito cinético entre duas superfícies que estão deslizando uma contra a outra se opõe ao movimento relativo das superfícies. Esta força possui módulo dado por

Força de atrito cinético fk = mkFN onde mk é o coeficiente de atrito cinético.
A Força de Tração
A palavra “tração” é comumente usada para significar a tendência de uma corda ser esticada devido a forças que são aplicadas a cada uma das extremidades. Por causa da tração, uma corda transmite uma força de uma extremidade até a outra. Quando uma corda está acelerada, a força é transmitida sem redução ao longo do seu comprimento apenas se a corda não tiver massa.

Aplicações das Leis do Movimento de Newton a Problemas de Equilíbrio

Definição de equilíbrio
Um objeto está em equilíbrio quando o objeto possui aceleração nula ou, em outras palavras, quando ele se move com velocidade constante (que pode ser nula). A soma das forças que atuam sobre um objeto em equilíbrio é nula. Em condições de equilíbrio em duas dimensões, a soma das componentes das forças na direção x deve ser nula, além da soma das componen-tes das forças na direção y:
A condição de equilíbrio
SFx = 0

SFy = 0

Aplicações das Leis do Movimento de Newton na Ausência de Equilíbrio
Se um objeto não estiver em equilíbrio, a segunda lei de Newton deve ser usada para levar em conta a aceleração:
SFx = max

SFy = may   

Terceira lei de Newton: Quando dois corpos interagem, as forças exercidas por um sobre o outro são sempre iguais em módulo e têm sentido opostos.

Um pequeno rebocador é capaz de descolar um navio de massa dezenas de vezes maior porque as forças de resistência ao movimento do navio na água são relativamente pequenas. Em princípio, se não houver resistência ou forma de oposição ao movimento, qualquer força, por menor que seja, pode descolar qualquer corpo. É claro que, se a massa do corpo a ser descolado for muito grande e a força para deslocá-lo muito pequena, o deslocamento pode ser muito lento, quase imperceptível. As relações entre força e movimento foram estabelecidas há mais de trezentos anos por Isaac Newton, um dos maiores físicos de todos os tempos.
Quando uma trem com dezenas de vagões começa a se movimentar, a força de tração exercida pela locomotiva se transmite, através de engates, a cada um dos vagões. A força de tração entre o primeiro e o segundo vagão é maior do que entre o segundo e o terceiro, que por sua vez é maior do que entre o terceiro e o quarto e assim por diante. Mas a diferença entre os módulos dessas trações, descontadas as forças de resistência em cada vagão, dá sempre o mesmo valor - é igual ao produto da massa de cada vagão pela aceleração do trem, para qualquer vagão. Essa estranha lei da natureza, conhecida como a Segunda Lei de Newton.
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