A FÍSICA EM DESAFIOS DESAFIO 3 O nosso projecto: Porque também achamos a Física divertida, lá conseguimos arranjar um pouquinho de espaço e tempo, para respondermos ao Desafio 3 proposto. AS LEIS de NEWTON. As Leis da Natureza jaziam escondidas na noite; Deus disse: Haja Newton! E fez-se Luz Alexander Pope, Epitáfio para Sir Isaac Newton. Naquela época, séc. XVII e XVIII, segundo a concepção de Newton, Com forças e objectos toda a Física se podia explicar. Ainda hoje as suas famosas leis explicam tanta coisa que não é exagero afirmar que vivemos com elas quotidianamente: O ir e vir das marés, os movimentos dos planetas, as trajectórias dos corpos que caem para a Terra, a razão porque andamos, os arranques e as travagens; na vida animal e vegetal, como por exemplo no fenómeno da fisiologia respiratória humana, no transporte de gases através dos pulmões, como descreve o professor Manuel Paiva no seu livro Como Respiram Os Astronautas, e tantas mais aplicações práticas daquelas leis, constituem factos observacionais do nosso dia a dia. As três leis Newtonianas enunciam, em termos gerais: que um corpo que se mova na direcção em que é empurrado, continua a mover-se até que outra força vá agir sobre ele de forma a reduzir o seu movimento ou a pará-lo; explicam ainda a queda dos corpos ou do seu equilíbrio, traduzida na Lei da Atracção Universal todo o objecto dá um puxão em todos os outros, puxão, Força que é proporcional à massa de cada um deles e inversamente proporcional ao quadrado das distância que os separa; e que toda a acção sobre um corpo implica uma reacção equivalente. Para descrevermos a realização e ilustração de experiências, onde as três leis clássicas estejam presentes, recorremos aos conhecimentos adquiridos nas aulas de Física, a sites da Internet, a videogramas, a alguns livros e às nossas experiências. Estruturámos o nosso trabalho, apresentando separadamente cada uma das leis, começando pelo seu enunciado, apresentando as experiências realizadas que nos pareceram significativas e de vivência quotidiana, explicando o seu significado e ilustrando-as através de fotos. 1ª LEI
Todo o corpo contínua em repouso ou em movimento rectilíneo e uniforme sempre que a resultante das forças que nele actuam for nula. Sobre esta lei, já a desenvolvemos no 1º trabalho. Contudo, apresentamos ainda mais um exemplo. Um corpo pode considerar-se em repouso ou em movimento dependo do referencial escolhido, por isso dizemos que o movimento é relativo. O carrinho da figura está em repouso em relação à mesa, uma vez que nenhuma força com direcção paralela ao tampo da mesa actua sobre ele. Se o carrinho se deslocasse com movimento rectilíneo e uniforme, a resultante das forças continuaria a ser nula. Não só o movimento é relativo como a trajectória também é relativa: se um avião voar com uma velocidade constante em relação ao solo e abandonar uma bomba (desprezando a resistência do ar) o piloto verá a trajectória como uma recta vertical; um observador em terra (e em repouso) verá a trajectória da bomba como uma parábola. 2ª LEI
A aceleração que um corpo adquire é directamente proporcional à resultante das forças que actuam sobre ele e tem a mesma direcção e o sentido da força resultante (F=m.a). A segunda lei de Newton ajuda-nos a compreender o comportamento de um corpo quando sobre ele actuam varias forças em desequilíbrio. Segundo ela, a aceleração de um corpo depende de duas variáveis: a resultante das forças que actuam sobre o corpo e a sua massa. Quando uma força é aplicada em um corpo, este passa a ter uma aceleração e podemos calculá-la fazendo o produto entre massa e aceleração. Esta lei é fundamental para diversas aplicações, desde complexos estudos científicos, como o cálculo do combustível necessário à descolagem de um foguetão (é necessário prever a massa que este terá com o combustível, assim como a aceleração que obterá quando o combustível se for consumindo), até situações quotidianas como a aceleração e travagem de um automóvel. Movimento do pára-quedista: Quando um pára-quedista se lança de um avião, sobre ele actuam duas forças com sentidos opostos: uma que o impele para o solo a força da gravidade e uma outra que se opõe a essa descida a resistência do ar. Enquanto não se abre o páraquedas, o pára-quedista cai aproximadamente em queda livre (sujeito à força da gravidade, desprezando as forças resistentes). No entanto, à medida que o pára-quedista se volta sobre si mesmo até uma posição paralela ao solo, a resistência do ar aumenta progressivamente. Após a abertura do pára-quedas, a resistência do ar aumenta na mesma direcção mas no sentido contrário à força gravítica. Resistência do ar F ar = F grav Força da gravidade
A partir de certa altura o pára-quedista começa a descer com uma velocidade constante (movimento uniforme), precisamente na altura em que a aceleração se anula (F gravidade + + F resistência = 0). 3ª LEI Se um corpo exercer uma força sobre outro, o segundo objecto exerce sobre o primeiro uma força igual e de sentido contrário. - Princípio da Acção-reacção
De entre tantos exemplos tivemos alguma dificuldade em seleccionar uma experiência que demonstrasse o princípio da acção-reacção. Por exemplo, chegámos a ter a ideia de andarmos aos murros um ao outro! De facto, o acto de dar um murro em alguém seria perfeito como demonstração, já que a pessoa que dá o dito murro (acção) também se magoa (reacção) e quanto maior for a força, mais se magoará. Perfeito! A terceira lei fica, assim, completamente explicada!, pensámos nós. Contudo, rapidamente a pusemos de lado, uma vez que mesmo todo o nosso amor à ciência não justificaria os olhos negros que levaríamos para casa E então, porque não martelar uns quantos pregos numa tábua? Seria mais que suficiente para a demonstração em causa e, mesmo envolvendo martelos, julgámos que seria muito mais pacífico e ortodoxo! Nesta experiência, a acção é exercida no prego e a reacção no martelo. Forma-se, assim, um par acção-reacção, constituído por duas forças com o mesmo valor (em módulo) e direcção, mas com sentidos opostos e ponto de aplicação em cada um dos respectivos corpos. Verificámos também que no simples acto de andar ela está lá! Para nos deslocarmos é necessário que o nosso pé exerça no solo uma acção tangencial à sua superfície de maneira que o solo nos responda com uma reacção com o sentido do nosso avanço (é óbvio que isto só acontece se houver atrito).
Reparámos ainda no mais recente envio de astronautas para o espaço. No lançamento do foguetão, os gases são expelidos para trás. É aplicado um impulso nos referidos gases. Depois, o princípio da acção-reacção faz o resto: os gases exercem no motor do foguetão uma força simétrica que tem o sentido do movimento. Os astronautas poderão, assim, cumprir a sua missão de mais 6 meses no espaço em órbita terrestre. Bem podem ficar a dever a magnífica experiência que irão realizar à terceira lei de Newton!
Escola Secundária Alves Martins 20 de Abril de 2005 Trabalho realizado por: António José Sousa de Almeida Margarida Coimbra 10º ano, turma H 11º ano, turma H