Grade 10

Grade 10MecânicaDinâmica


A terceira lei de Newton e aplicações


No mundo da física, é importante entender o movimento e a interação entre objetos. Um dos elementos fundamentais deste estudo é o conceito da terceira lei de movimento de Newton. Formulada pelo famoso cientista inglês Sir Isaac Newton, esta lei faz parte de um conjunto de três leis que descrevem os princípios fundamentais do movimento. Vamos aprender em detalhes sobre esta terceira lei, suas aplicações e dinâmicas relacionadas em mecânica.

Entendendo a terceira lei de movimento de Newton

A terceira lei de Newton pode ser resumida por esta frase:

“Para toda ação há uma reação igual e oposta.”

Esta simples afirmação tem implicações muito profundas. Em resumo, significa que as forças sempre vêm em pares. Quando um objeto exerce uma força sobre outro objeto, o segundo objeto exerce uma força de igual magnitude, mas em direção oposta, sobre o primeiro objeto. É importante entender que essas forças ocorrem simultaneamente e não podem existir independentemente uma da outra.

Representação matemática

Se denotarmos a força exercida pelo objeto A no objeto B por F AB e a força exercida pelo objeto B no objeto A por F BA, então a terceira lei de Newton pode ser expressa como:

    F AB = - F BA

Aqui, o sinal negativo indica que as forças estão em direções opostas, mas são iguais em magnitude.

Exemplo simples

Exemplo 1: Empurrando a parede

Considere um exemplo de empurrar uma parede. Quando você aplica força na parede com suas mãos, a parede “empurra de volta” com uma força igual na direção oposta. Embora a parede não se mova, ela aplica força de volta em suas mãos. As forças são aplicadas simultaneamente entre suas mãos e a parede.

    F braço = - F parede

Exemplo 2: Caminhando

Quando você caminha, seu pé empurra o chão para trás. De acordo com a terceira lei de Newton, o chão empurra seu pé para a frente. Este empurrão para a frente do chão é o que o impulsiona para a frente. As forças de ação e reação são as seguintes:

    F pé, chão = - F chão, pé

Representação visual das forças

Vamos imaginar a interação entre o pé e o chão ao caminhar.

F pé, chão F chão, pé

Neste diagrama:

  • O quadrado verde representa o pé.
  • A flecha azul representa a força aplicada pelo pé no chão (força de ação).
  • A flecha vermelha mostra a força (força de reação) aplicada no pé pelo chão, empurrando-o para frente.

Aplicações da terceira lei de Newton

Vamos explorar algumas aplicações reais da terceira lei de Newton em diferentes cenários:

Motores a jato e foguetes

O funcionamento de motores a jato e foguetes é um exemplo clássico da terceira lei de Newton. Quando o foguete expulsa gás para fora, o gás empurra o foguete na direção oposta, fazendo com que ele avance.

Para um foguete voando, as forças podem ser representadas da seguinte forma:

    F gás, foguete = - F foguete, gás

Esse princípio permite que foguetes e motores a jato operem de forma eficaz até mesmo no vácuo do espaço, onde não há ar para empurrar.

Natação

Nadar envolve obedecer à terceira lei de Newton. Quando você nada, você empurra a água para trás com seus braços e pernas. A água, por sua vez, empurra você para frente.

As forças podem ser representadas da seguinte forma:

    F mão, água = - F água, mão

Cada movimento na natação é uma expressão das forças recíprocas entre os membros do nadador e a água.

Hélice de navio

Navios utilizam hélices para se moverem pela água. As lâminas das hélices giram e empurram a água para trás. A água reage e empurra o navio para a frente.

As forças de ação e reação são expressas da seguinte forma:

    F hélice, água = - F água, hélice

Interpretações equivocadas e explicações

Apesar de sua simplicidade, a terceira lei de Newton muitas vezes causa confusão. Algumas interpretações equivocadas e explicações são as seguintes:

  • Equívoco: As forças de ação e reação se cancelam.
    Explicação: As forças de ação e reação atuam em objetos diferentes, não no mesmo objeto, por isso não se cancelam. Para um entendimento completo, considere a interação entre todo o sistema envolvido (por exemplo, pé e chão).
  • Equívoco: Ação sempre refere-se à força aplicada primeiro, seguida pela reação.
    Explicação: As forças de ação e reação ocorrem simultaneamente; nenhuma delas precede a outra.

Exemplo complexo: pássaros voando

Pássaros utilizam a terceira lei de Newton em voo. Quando o pássaro bate suas asas para baixo, ele empurra o ar para baixo. O ar responde empurrando o pássaro para cima, produzindo sustentação e ajudando o pássaro a voar mais alto.

    f asa, vento = - f vento, asa

Essa ação de empurrar mantém os pássaros voando no ar, demonstrando uma das adaptações da natureza às leis físicas.

Conclusão

A terceira lei de movimento de Newton proporciona um insight profundo sobre como as forças trabalham em pares, ajudando-nos a entender a mecânica por trás de vários movimentos e tensões em nossas vidas diárias, bem como no universo. Reconhecer a natureza simultânea e a conexão das forças descritas por esta lei pode melhorar nosso entendimento de muitos fenômenos naturais e operações tecnológicas.

Explorando várias aplicações e esclarecendo equívocos comuns, os alunos podem apreciar a relevância da terceira lei de Newton, tornando o estudo da dinâmica em mecânica uma empreitada inspiradora e informativa.


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