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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE SÃO PAULOFísica 2 – Engenharia Elétrica
Profa. Marisa Cavalcante
Leis de NewtonReferencia http://www.fisica.ufpb.br/~romero/pdf/05_leis_de_newton.pdf
Algumas Forças essenciais à vida
Força Gravitacional:
É responsável pela atração dos corpos na superfície da Terra e principalmente responsável por manter a atmosfera e a água dos rios e oceanos “presas” no planeta. A massa do planeta é tamanha que mantém as “coisas” ligadas ao globo terrestre. Sem a ação da gravidade não teríamos porque a atmosfera ficar contida ao redor do planeta, isso é o que ocorre com a Luz, por exemplo, que em face de sua baixa força gravitacional o ar na sua superfície praticamente é inexistente. È a força gravitacional responsável pelo fortalecimento dos nossos ossos. As ausências desta força gravitacional em astronautas os conduzem a problemas de osteoporose sérios quando permanecem no espaço durante longos períodos de tempo.É a existência desta força gravitacional que mantém a Terra em orbita ao redor do sol e os satélites ao redor da Terra.Portanto a força gravitacional é também responsável por manter a vida no planeta.
Força de sustentação
É a força de apoio dos corpos que os mantém onde estão para que não caiam eternamente. O apoio dos cadernos sobre a mesa, de cada pé da mesa sobre o solo,etc.
Força de sustentação na água
A água também pode sustentar coisas, impedindo que elas afundem. Essa interação da água com os objetos se dá no sentido oposto ao da gravidade e é medida através de uma força que chamamos de empuxo hidrostático. É por isso que nos sentimos mais leves quando estamos dentro da água. O que sustenta balões no ar também é uma força de empuxo, igual à que observamos na água. Ela reduz a ação da força peso e por esta razão, tratamentos de fisioterapia recorrem ao uso de piscinas de imersão, assim como o treinamento de astronautas.
Sustentação no ar
Para se segurar no ar o pássaro bate asas e consegue com que o ar exerça uma força para cima, suficientemente grande para vencer a força da gravidade. Da mesma forma, o movimento dos aviões e o formato especial de suas asas acaba por criar uma força de sustentação. Essas forças também podem ser chamadas de empuxo. Porém, trata-se de um empuxo dinâmico, ou seja,
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que depende de um movimento para existir. As forças de empuxo estático que observamos na água ou no caso de balões, não dependem de um movimento para surgir.
As formas de interação entre os corpos são bastante variadas, temos desde as assas de um pássaro, impacto de um chute em uma bola até a interação entre um imã e materiais ferromagnéticos.
Para tratar estas diferentes formas de interação Newton estabeleceu algumas leis e descreveu estas diferentes interações como forças que agem nos objetos. Cada interação produz um tipo de força e esta interação depende das condições de contorno, mas todas obedecem aos princípios estabelecidos por Newton.
Vamos a estes princípios que são conhecidos como Leis de Newton:
1ª Lei de Newton:
“Um corpo tende a permanecer em repouso ou em movimento retilíneo e uniforme, quando a resultante das forças que atuam sobre si for nula".
Este princípio também é conhecido como Princípio da Inércia
2ª Lei de Newton
"A resultante das forças que atuam sobre um corpo é igual ao produto da sua massa pela aceleração com a qual ele irá se movimentar”
F⃗=m a⃗
A massa é, portanto uma “medida da inércia” do corpo. Quanto maior a sua massa mais difícil é de se colocá-lo em movimento ou de interromper o seu movimento.
3ª Lei de Newton
"Quando um corpo exerce uma força num segundo corpo, este último reagirá sobre o primeiro com uma força de mesma intensidade e sentido contrário".
Também conhecida como ação e reação.
Dedução das equações que serão utilizadas no experimento.
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Suponha uma superfície plana, horizontal e sem atrito conforme a figura abaixo
A existência da força peso do prato dá origem a uma aceleração a no sistema.
Para determinarmos esta aceleração devemos obter a força resultante em cada corpo utilizando as Leis de Newton:
Prato de massa m
Força resultante (FP)
FP=ma=P-T eq.1
Carinho de massa M
Se o plano for horizontal a força peso do carinho é cancelada pela força Normal N que é uma força de reação da superfície sobre o carrinho.Restará apenas a força de tração no fio que foi transmitida. Se o fio for considerado inextensível e se a polia não introduzir nenhuma perda
T=Ma eq.2
Somando-se estas equações teremos:
Ma = P-TMa = T
------------------------------------
(M+m)a = P
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Assim a aceleração do sistema será dada por:
a= P(M+m), mas P= mg
a= mg(M+m) eq.3
Vê-se que a aceleração do sistema é uma fração da aceleração da gravidade e será tanto menor quanto menor for diferença de massas entre o carrinho e o prato
