Um soldado, ao iniciar seu treinamento com um fuzil, recebe a seguinte recomendação: "Cuidado com o coice da arma".

Transcrição

1 Aula 04: Leis de Newton e Gravitação Tópico 03: Terceira lei de Newton Caro aluno, conforme você acaba de ver no Tópico 02 desta aula, nenhum corpo pode por si mesmo modificar o seu próprio estado de repouso ou de movimento. Para que ocorram as modificações no repouso ou no movimento, é necessária uma força externa. Você deve estar se perguntando, se eu não posso modificar o meu estado de movimento ou de repouso, como é que eu consigo andar? Você vai saber a resposta para esta pergunta neste tópico, estudando a terceira Lei de Newton. É aqui que você vai aprender a andar! Um soldado, ao iniciar seu treinamento com um fuzil, recebe a seguinte recomendação: "Cuidado com o coice da arma". Dúvida O que isso significa? A resposta que justifica a recomendação está na TERCEIRA LEI DE NEWTON que diz que sempre que um corpo A aplica uma força sobre um corpo B, dele A irá receber uma força de mesma direção, intensidade e sentido oposto. No caso do soldado, quando ele atira, a força que impulsiona a bala para a frente provoca uma reação que empurra o ombro do soldado para trás. Newton percebeu que, sempre que um corpo A exerce uma força sobre um corpo B (a ação), o corpo A também experimenta uma força (a reação) que o corpo B exerce sobre ele. Parada Obrigatória Terceira Lei de Newton: Quando dois corpos A e B interagem, a força que A exerce sobre B (ação) é igual à força que B exerce sobre A (reação). Essas duas forças sempre têm o mesmo módulo, mesma direção, MAS SENTIDOS CONTRÁRIOS, isto é, elas atuam sempre em corpos diferentes. 1

2 A 3a Lei de Newton é o resultado de observações dos fatos que ocorrem na natureza. Ela não é expressa por uma fórmula matemática. A 3a Lei de Newton diz que as forças sempre ocorrem aos pares. Você conhece aquela música que diz: é impossível ser feliz sozinho? As forças concordam com isso completamente! As forças nunca estão sozinhas. Elas aparecem sempre aos pares. Quando você abre uma porta, é impossível você puxar a maçaneta sem que a maçaneta empurre você para trás. Quando você dá um chute numa bola, a força que o seu pé fez sobre a bola acelerando-a para a frente é igual à força que a bola fez sobre o seu pé. Quando você chuta uma pedra, dói não é? Pois fique sabendo que a dor é o resultado da força que a pedra fez no seu pé. Desafio Você é capaz de dizer por que chutar a pedra causa dor e chutar a bola não? Pesquise sobre isso e discuta com o seu professor e seus colegas. Ação e reação agem em corpos diferentes Imagine que o seu carro quebrou e você precisa empurrá-lo até a oficina. A força que você faz, empurrando o carro, é exatamente a mesma força que o carro faz sobre você. Atenção: Embora tenham mesmo módulo, mesma direção e sentidos opostos. uma força NUNCA anula a outra, pois elas são aplicadas em corpos diferentes. Veja a figura abaixo: Um rapaz empurra um carrinho carregado, o carrinho carregado empurra o rapaz. Uma força atua no carrinho a outra força atua no rapaz. 2

3 Um cavalo que puxava tranqüilamente a sua carroça mas sabendo que pela Terceira Lei de Newton a toda reação corresponde uma reação igual e de sentido contrário, começou a pensar : Se eu puxo a carroça e se a carroça me puxa, como é que saio do lugar? Pobre cavalo! Ele não está se lembrando que as forças atuam em corpos diferentes. Vamos mostrar a ele? O cavalo puxa a carroça e a carroça puxa o cavalo com uma força igual e contrária. Como é que o cavalo se move? O cavalo empurra o chão, isto é, o cavalo exerce uma força sobre o chão. Mas o que faz o cavalo andar é a força de reação que o chão exerce sobre ele. 3

4 Sobre o cavalo existem duas forças atuando: a força que a carroça para trás e a força que o chão exerce para a frente. Se o cavalo consegue andar para a frente, é porque a força para frente que o chão exerce sobre ele é maior do que a força para trás, exercida sobre ele pela carroça. E a carroça, o que faz com que ela ande? Você pode responder: porque o cavalo está puxando. Correto, mas não se esqueça que sobre a carroça não atua somente a força com que o cavalo a puxa. Tal como o cavalo, as rodas da carroça também exercem força sobre o chão, que por sua vez reage, exercendo uma força sobre a carroça. É claro que o cavalo está fazendo uma força maior, já que a carroça se move para a frente. As forças de Ação e Reação são sempre iguais em módulo; seus efeitos é que podem ser diferentes. Quando uma pessoa empurra uma parede, Em geral a parede não se move, será que a parede também aplica uma força sobre a pessoa? Como você está vendo, de acordo com a 3a Lei de Newton, é claro que a parede exerce uma força igual e de sentido contrário sobre a pessoa. Aliás, se a força que a parede exerce é sobre a pessoa, dizer que é de sentido contrário já é redundante, concorda? Afinal, a parede está apenas reagindo á força que a pessoa fez sobre ela. Por que a parede não se move? Vamos buscar a resposta no Tópico 02 desta aula. Isso mesmo! Na 2a Lei de Newton. 4

5 O efeito da força, a aceleração vai depender da massa do objeto que sofreu a ação da força. Se a massa é muito grande, será preciso uma força muito grande para produzir uma aceleração significativa. No caso da parede, ainda temos que levar em conta que ela faz parte da construção, uma coisa que não feita para cair ao primeiro empurrão. Lembre-se daquela questão que já discutimos antes, empurrar um caminhão exige uma força muito maior do que empurrar um carro bem menor. Ainda teremos que levar em consideração outros fatores, como a força de atrito, que você vai aprender no próximo tópico. O simples ato de caminhar é um exemplo da aplicação da Terceira Lei de Newton. As forças que compõem um par ação-reação são SEMPRE dirigidas para sentidos contrários, elas sempre atuam em corpos diferentes. Vetorialmente podemos escrever: Terceira lei de Newton no cotidiano Colisão entre duas bolas 5

6 Duas bolas A e B colidem. No contato devido a colisão, as bolas A e B interagem entre si de forma que a força que A exerce em B (F AB ) é igual à força que B exerce em A (F BA ). Essas duas forças constituem um par ação-reação dessa interação de contato devido à colisão. As forças F AB e F BA possuem mesma intensidade, mesma direção e sentidos opostos. Movimento de um barco Nesta outra figura mais um exemplo de aplicação da Terceira Lei de Newton: Quando o rapaz se desloca para a direita, dentro do barco, o barco se deslocará para a esquerda. Você pode explicar por que isso acontece? A 3ª Lei também explica o movimento de um barco a remo: o remador maneja o remo, empurrando a água para trás, enquanto o barco se movimenta para frente. O remador exerce sua força muscular sobre o remo e o remo exerce una força sobre a água. A massa de água deslocada pelo remo reage sobre ele. Movimento dos foguetes O princípio básico para a propulsão de foguetes é a terceira lei de Newton - para cada ação há uma reação igual e oposta. No foguete, quando os gases queimados escapam em um jato forte a uma grande velocidade, o foguete é impulsionado na direção oposta. Quando já estiver em órbita, ele só necessita de propulsão para alterar sua rota, pois como prevê a 1º Lei de Newton o corpo irá permanecer em movimento, para mudar sua rota no espaço o foguete aplica uma força para o lado oposto que necessita ir, e pela 3º Lei de Newton é direcionado para o outro lado. 6

7 Jato de água em uma mangueira de jardim A 3ª Lei de Newton também pode ser observada em uma mangueira de água, quando você está aguando o jardim. Quando a água escapa com força pelo bocal, a mangueira é impulsionada para trás. Reduzindo-se o diâmetro de saída, esse empuxo será ainda mais forte. Como é que nós caminhamos? A Terceira Lei de Newton é muito presente no nosso cotidiano. Ao caminhar você empurra o solo para trás com o seu pé. Como reação, o solo exerce uma força para a frente, sobre o seu pé (claro, sobre o seu corpo) Essa força exercida pelo solo sobre você é que causa a aceleração do seu corpo para a frente. Viu agora como é que se anda? Tem Física no caminhar. Aliás, tem Física em todo lugar. Acredite, tem Física no seu caminho! 7

8 Identificando as forças de ação-reação Para melhor fixação das idéias sobre este assunto vamos identificar os pares ação-reação nas figuras abaixo: Na figura 1 temos um par de forças gravitacionais, que você logo verá em detalhes quando estudar Física II. A Terra atrai o corpo de massa m e o corpo de massa m atrai a Terra com a mesma força. Claro que os efeitos são diferentes, lembre-se da Segunda Lei de Newton: quanto maior é a massa do corpo, menor será o efeito de uma mesma força aplicada sobre ele. Na figura 2 temos um par de forças elétricas. Você estudará sobre elas em Física III, tenha um pouquinho de paciência. Elas estão aqui para mostrar que a Terceira Lei de Newton não se aplica só aos problemas da Mecânica. Aqui temos o caso de 2 cargas positivas que se repelem. Uma força é aplicada sobre uma das cargas positivas e sua reação é aplicada sobre a outra carga positiva. Na figura 3 temos um par de forças magnéticas: dois imãs cujos pólos iguais, no caso o pólo norte, se repelem. Você também aprenderá sobre forças magnéticas em Física IV. Por enquanto o que interessa é saber que as forças que cada pólo do imã faz sobre o outro, constitui um par ação-reação. Uma força é aplicada sobre um dos imãs e sua reação é aplicada sobre o outro imã. Na figura 4 temos um par de forças de tração. Uma pessoa segura um balde por meio de um fio. O fio é esticado: em uma de suas extremidades atua a força exercida pela pessoa e na outra extremidade atua a força exercida pelo balde. Essa duas forças não compõem um par ação-reação pois estão aplicadas no 8

9 mesmo corpo, no caso o fio. Mas a força com que o fio puxa o balde e a força com que o balde estica o fio, essas duas formam um par ação-reação uma força está aplicada no fio e a outra no balde Na figura 5 temos um par de forças Normais. Um livro sobre a mesa, exerce força sobre a mesa e a mesa reage, exercendo sobre o livro uma força perpendicular à superfície, apenas por isso chamada de força normal. Não é uma força especial, é somente uma força que atua perpendicular à superfície de contato. Veja bem, o livro, por causa do seu peso, exerce uma força sobre a mesa, mas a reação ao peso do livro NÃO É a força normal N. A reação ao peso do livro do livro está na terra, como mostrado na figura 1. O par ação-reação é formado pela força que o livro exerce sobre a mesa e pela força que a mesa exerce sobre o livro. Nas figuras você pode notar que as forças de ação-reação aparecem com sinais trocados. Lembre-se de que força é uma grandeza vetorial e o sinal negativo significa que a força está agindo no sentido contrário à outra. Aqui usamos a convenção usual: os sentidos para cima e para a direita são positivos e os sentido para baixo e para a esquerda são negativos. Desafio Um enorme caminhão colide com um carro pequeno, deixando o carro pequeno muito estragado. É correto dizer que o caminhão bateu com mais força no carro do que o carro bateu no caminhão? Multimídia Agora assista a um vídeo sobre as aplicações da 2ª e 3ª Lei de Newton. (APLIC II E III LEI) 9