direcionar a pedra. Do ponto de vista da Física, as “varredoras” modificam a superfície do gelo
para que as forças exercidas pela pista acelerem a pedra adequadamente, ou seja, para que, em
cada lançamento, a velocidade da pedra tenha seu módulo, sua direção e seu sentido modifica-
dos e orientados conforme as “varredoras” desejam. Essa característica do curling envolve um
importante conceito físico chamado inércia. Inércia, força e aceleração são os conceitos princi-
pais deste capítulo, em que iniciamos o estudo das leis de Newton.
W u W ei/Xinhua P ress/Corbis/Latinstoc k
capítulo
8
Equipe canadense feminina de
curling durante partida dos Jogos
Olímpicos de Inverno de Vancouver, Canadá, em 26 de fevereiro de 2010.
c A p í t u lo 8 – AS l E IS D E N E w to N
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O conceito de força, em Física, se define por meio de expressões matemáticas provenientes de leis físicas que estabelecem seu caráter vetorial, permitindo de- terminar sua direção e seu sentido, calcular ou medir seu módulo e definir sua unidade de medida.Em relação ao estudo dos movimentos, é possível descrever como eles ocorrem ou não por meio de for- ças decorrentes da interação entre corpos. Essa des- crição foi estabelecida pelo conjunto de leis formuladas
por Isaac Newton no século XVII, conhecidas como leis
de Newton. isaac newton Sir J ames Thornhill. 1 709–1 2. W oolsthorpe manor , lincolnshire/Arqui v o da editora Isaac Newton, retrato de 1689, de autoria do pintor inglês Godfrey Kneller (1646-1723).
Isaac Newton nasceu em 1642, em Woolsthor- pe, Inglaterra. Ingressou na Universidade de Cam- bridge em 1661 e formou-se em 1664. Logo depois de formado, viveu a época mais produtiva e cria- tiva de toda a sua vida: criou o cálculo infinitesi- mal, descobriu a natureza composta da luz branca e formulou a lei da gravitação universal. Em 1669, então com 27 anos, tornou-se professor catedrático da universidade.
Em 1687, publicou sua principal obra, Princípios
matemáticos da Filosofia natural, em que apre-
senta as três leis básicas do movimento (que até hoje levam seu nome) e também a lei da gravita- ção universal. Sua obra teve repercussão em todo o mundo, pois, desde o início, a comunidade cien- tífica percebeu que, pela primeira vez, dispunha de uma teoria que lhe possibilitaria a compreensão de todo o Universo.
Em 1703, foi nomeado presidente da Royal Society e publicou sua notável obra sobre a luz,
Opticks, escrita fazia mais de trinta anos. Isaac
Newton morreu em Londres, em 20 de março de 1727, com 85 anos de idade.
1. Conceito de força
Em geral costuma-se associar força a movimento, à ação de puxar ou empurrar alguma coisa que está se deslocando. Embora correta, essa ideia é incompleta. Forças podem ser exercidas sem que haja movimento — na estrutura de um prédio ou de uma ponte, por exemplo, são exercidas dezenas ou centenas de forças cuja ação é invisível. Veja a figura. Nesta estrutura (ponte Sunshine, nos Estados Unidos) os cabos e as colunas exercem forças extraordinárias, mas seus efei- tos não são visíveis.
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Além disso, a ideia de puxar ou empurrar está qua- se sempre associada à ideia de contato, o que exclui uma característica fundamental da noção de força — a ação a distância. A atração gravitacional entre o Sol e os planetas, por exemplo, é exercida a milhões de qui- lômetros de distância; a interação eletromagnética entre um ímã e uma arruela de metal, por exemplo, também se exerce a distância (o ímã atrai e é atraído pela arruela).
conexões: língua portuguesa
Em consulta ao Dicionário eletrônico Houaiss, verifica-se que, dos 15 significados da palavra força, apenas um se refere ao seu significado físico contex- tualmente correto. Encontramos ainda 46 locuções em que a palavra força aparece — dessas, 28 se referem a forças relacionadas com a Física, algumas equivalentes ou sinônimas entre si. Outras são inadequadas ou estão em desuso.
Por essa razão, é importante estarmos atentos para o contexto em que se usa a palavra força, para que o seu uso cotidiano ou informal não interfira na compreen são de seu significado físico.
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u N I DA D E 3 – Fo rç A E m ov I m E N to2. Inércia: a primeira lei de Newton
As leis de Newton tratam da relação entre força e movimento em referenciais inerciais, ou seja, referen- ciais fixados em corpos em repouso ou com movimen- to retilíneo uniforme. A primeira pergunta a que elas procuram responder é: o que acontece com o movi- mento de um corpo livre da ação de qualquer força?Podemos responder a essa pergunta em duas par- tes. A primeira trata do efeito da inexistência de forças sobre o corpo em repouso. A resposta é quase óbvia:
se nenhuma força é exercida sobre o corpo em repou-
so, ele continua em repouso. A segunda parte trata do
efeito da inexistência de forças sobre o corpo em movi- mento. A resposta, embora simples, não é óbvia: se ne-
nhuma força é exercida sobre o corpo em movimento, ele continua em movimento. Mas que tipo de movi-
mento? Como não há força sendo exercida sobre o cor- po, a sua velocidade não aumenta, nem diminui, nem muda de direção. Portanto, o único movimento possível do corpo na ausência de qualquer força exercida sobre ele é o movimento retilíneo uniforme.
A primeira lei de Newton reúne ambas as respostas num só enunciado:
Um corpo permanece em repouso ou em movi- mento retilíneo uniforme se nenhuma força for exer- cida sobre ele.
Em outras palavras, a primeira lei de Newton afirma que, livre da ação de forças, todo corpo fica como está: parado se estiver parado, em movimento se estiver em movimento (retilíneo uniforme). Daí essa lei ser cha- mada de princípio da inércia.
Vale ressaltar que inércia, na linguagem cotidiana, significa “falta de ação, de atividade, indolência, pregui- ça”, ou coisa semelhante. Por essa razão, costuma-se associar inércia a repouso, o que não corresponde exa- tamente ao sentido que a Física dá ao termo. O signifi- cado físico de inércia é mais abrangente: inércia é “ficar como está”, ou em repouso ou em movimento.
sem força
,
nenhuma força...
As expressões sem força, nenhuma força, livre
da ação de qualquer força, ou semelhantes, podem
ser aplicadas também a situações em que há forças exercidas sobre um corpo, mas a resultante delas é nula. Para a aplicação das leis de Newton a um cor- po, essas situações são equivalentes.
É importante lembrar, no entanto, que a ideia de o corpo se mover, mesmo que não exista nenhuma força sobre ele, sempre foi muito difícil de ser aceita. Aliás, durante séculos prevaleceu o ponto de vista contrário — de que só havia movimento se houvesse força — até o aparecimento dos trabalhos de Galileu.
Para manter o corpo em movimento, não há neces- sidade de força, como Galileu percebeu, mas, ao contrá- rio, a existência de força é necessária para fazer o mo- vimento cessar.
Existem equipamentos experimentais didáticos, como os trilhos de ar, que permitem observar concre- tamente a possibilidade do movimento contínuo e uni- forme sem ação de força, até mesmo em sala de aula. A figura a, abaixo, mostra um trilho de ar, enquanto a fi- gura b representa esquematicamente o seu funciona- mento. Dentro de um tubo fechado se injeta ar, que sai com alta pressão por orifícios na superfície do trilho onde se apoiam suportes deslizadores — entre a base desses suportes e o trilho forma-se uma película de ar que reduz drasticamente o atrito entre eles: basta um leve empurrão para que o deslizador se desloque com velocidade praticamente constante.
wiki.brown.edu/ Arqui v o da editora David j/flic kr Figura a Figura b orifícios de saída do ar suporte deslizador película de ar película de ar ar com alta pressão David j/flic kr
Na época de Galileu não havia a possibilidade de observar experimentalmente o movimento de um mó- vel na ausência de forças, por isso ele recorreu a alguns argumentos muito interessantes que ficaram conhe- cidos como experiências de pensamento. Duas delas são descritas e ilustradas a seguir.
conexões: filosofia
Experiências de pensamento são raciocínios lógicos sobre situações que nem sempre podem ser realizadas ou cuja execução prática difere das conclusões obtidas a partir desse raciocínio, como os paradoxos de Zenão (na seção Conexões da unidade anterior, vimos dois deles). São como experimentos realizados no “laboratório da imaginação”. Além das experiências de pensamento de Galileu, destacam-se as de Einstein, que, como será vis- to no capítulo 12 do volume 3, fundamentou suas teorias da relatividade, restrita e geral, em notáveis experiên- cias de pensamento.
capítulo 8 – as leis de newton