▷ Primeira lei de Newton: afirmação, exemplos e exercícios

Este artigo explica o que diz a primeira lei de Newton, também conhecida como lei da inércia. Além da afirmação da primeira lei de Newton, você verá exemplos desta lei e sua fórmula matemática. Finalmente, você poderá praticar exercícios resolvidos passo a passo da primeira lei de Newton.

Qual é a primeira lei de Newton?

A declaração da primeira lei de Newton , também chamada de lei da inércia, afirma o seguinte:

Um corpo permanece em repouso ou com velocidade constante se nenhuma força externa atuar sobre ele. Em outras palavras, uma força deve ser aplicada a um corpo para alterar seu estado de movimento ou repouso.

Por exemplo, um objeto em repouso no solo não se moverá até que uma força atue sobre ele.

Portanto, a primeira lei de Newton implica que se um corpo se move em movimento retilíneo uniforme, significa que nenhuma força externa atua sobre ele ou que a força resultante de todo o sistema é zero.

No total existem três leis de Newton, aquela que acabamos de ver que também é chamada de princípio da inércia, a segunda lei ou princípio fundamental da dinâmica e a terceira lei ou princípio de ação e reação.

Logicamente, as três leis recebem o nome do físico Isaac Newton porque ele foi o primeiro a explicá-las em sua obra Princípios Matemáticos da Filosofia Natural . Esta publicação é considerada um dos pilares da física.

Exemplos da Primeira Lei de Newton

Considerando a definição da primeira lei de Newton (ou lei da inércia), analisaremos a seguir vários exemplos desta regra.

Um exemplo claro da primeira lei de Newton é um sofá apoiado no chão. Se nenhuma força for exercida sobre o sofá, ele não se moverá e permanecerá parado. Mas se o sofá for empurrado com uma força suficientemente grande, o sofá adquirirá velocidade e, portanto, mudará o seu estado de movimento.
Outro exemplo da primeira lei de Newton é a de uma sonda espacial movendo-se a uma velocidade constante através do espaço. Uma vez superada a influência gravitacional dos planetas, não há atrito ou qualquer outra força no espaço. Portanto, uma sonda espacial se move a uma velocidade constante através do espaço porque não há força atuando sobre ela.
Um carro movendo-se com velocidade constante também é um exemplo da primeira lei de Newton (ou lei da inércia), pois para se mover sem aceleração a força resultante deve ser zero. Quando o carro avança, uma força de atrito atua sobre ele contra o movimento; portanto, para se mover a uma velocidade constante, o motor do carro deve exercer uma força de mesma magnitude e direção, mas na direção oposta. Desta forma, as duas forças se opõem e o carro se move na mesma velocidade.

Primeira fórmula da lei de Newton

Para aprofundar o conceito da primeira lei de Newton, nesta seção veremos a fórmula com a qual essa lei pode ser expressa.

Matematicamente, a fórmula da primeira lei de Newton afirma que se a soma das forças de um sistema for zero, a aceleração desse sistema também será zero. O oposto também é verdade.

$\displaystyle \sum F=0 \ \Leftrightarrow \ \frac{dv}{dt}=0$

Da mesma forma, se a soma das forças for zero, isso implica que o momento (ou momento linear) é constante.

$\displaystyle \sum \vv{F}=0 \ \Leftrightarrow \ \vv{p}=\text{constant}$

Em qualquer caso, estas expressões servem apenas para expressar a lei através da álgebra. O importante é que você entenda o significado da primeira lei de Newton e que a soma de todas as forças deve ser zero para que ela seja verdadeira.

Exercícios resolvidos da primeira lei de Newton

Exercício 1

Quanta força um elevador deve exercer para levantar um objeto de 7 kg?

veja a solução

A primeira coisa que precisamos fazer para resolver este problema é calcular a força da gravidade que a Terra exerce sobre o objeto. Para fazer isso, usamos a fórmula da força peso:

$P=m\cdot g=7\cdot 9,81=68,67 \ N$

Assim, de acordo com a primeira lei de Newton, se o elevador exercer uma força vertical de 68,67 N para cima, o objeto permanecerá estacionário, pois a força resultante será zero. O elevador deve, portanto, exercer uma força superior a 68,67 N para poder começar a subir.

Exercício 2

Um elevador levanta um corpo cuja massa é 100 kg. A qualquer momento, a força de atrito que se opõe ao movimento é de 300 N e a força ascendente exercida pelo cabo é de 1100 N. O elevador está acelerando, desacelerando ou movendo-se a uma velocidade constante?

veja a solução

Primeiro, calculamos a força gravitacional que a Terra exerce sobre o corpo com a fórmula do peso:

$P=m\cdot g=100\cdot 9,81=981 \ N$

Portanto, a soma total de todas as forças que puxam o elevador para baixo é:

$F_{\text{down}}=300+981=1281 \ N$

Por outro lado, a única força que empurra o elevador para cima é a do cabo.

$F_{\text{up}}=1100 \ N$

Portanto, a soma das forças descendentes é maior que as forças ascendentes, de modo que o elevador desacelera nesse ponto.

$F_{\text{down}}>F_{\text{up}} \ \longrightarrow \ \text{freins d’ascenseur}” title=”Rendered by QuickLaTeX.com” height=”19″ width=”282″ style=”vertical-align: -6px;”></p> </p> <div class=$

Exercício 3

Uma caixa de massa 60 kg é arrastada por uma corda que forma um ângulo de 30º com o solo. Se uma força de 120 N é necessária sobre a corda para mover a caixa com uma velocidade constante de 10 m/s, qual é o valor aproximado do coeficiente de atrito cinético entre a caixa e o solo?

Como conhecemos o ângulo de inclinação da força aplicada, podemos dividi-lo em uma força vertical e uma força horizontal usando razões trigonométricas:

Tenha em mente que as forças F _x e F _y mostradas são apenas a decomposição da força de 120 N, portanto não atuam ao mesmo tempo, mas sim as duas forças estão substituindo a força de 120 N.

Como a caixa se move a uma velocidade constante, isso implica que está em equilíbrio, pelo que podemos aplicar as condições de equilíbrio para resolver o exercício. Primeiro estabelecemos a equação do equilíbrio vertical para encontrar a força normal:

E finalmente notamos a equação de equilíbrio horizontal para determinar o coeficiente de atrito: