Explicamos o que são as leis de Newton e quais são seus fundamentos teóricos. Além disso, suas características e aplicações.
Quais são as leis de Newton?
O conjunto de princípios teóricos que explicam a maioria dos fenômenos observados e estudados pela mecânica clássica , um ramo da física que analisa o movimento e a energia dos corpos, é conhecido como leis de Newton ou leis de movimento de Newton .
Essas leis são a pedra angular da física moderna , junto com as transformações de Galileu que, quando comparadas com as Leis da gravitação universal, nos permitem obter e explicar as Leis de Kepler que explicam o movimento planetário.
Essas leis foram publicadas em 1687 na Philosophiae naturalis principia mathematica de Newton (“Princípios matemáticos da filosofia natural”), entre outras descobertas da mecânica e do cálculo matemático, considerada a obra científica mais importante da história da física.
Veja também: Leis da termodinâmica
Quem foi Isaac Newton?
Isaac Newton foi um físico, teólogo, filósofo e matemático inglês , a quem se atribui a invenção do cálculo matemático e numerosos estudos sobre óptica e luz .
Suas contribuições para a matemática e a física são inúmeras e reconhecidas , como a descoberta do espectro de cores da luz, a formulação de uma lei de condução térmica, propostas sobre a origem das estrelas , estudos da velocidade do som no ar e mecânica dos fluidos .
Sua grande obra, porém, é a Philosophiae naturalis principia mathematica e, acima de tudo, as três leis do movimento.
Antecedentes históricos de suas leis
As especulações do filósofo grego Aristóteles a respeito do movimento foram consideradas válidas por muitos séculos, mesmo apesar das suspeitas de sua imprecisão.
Estudantes posteriores do movimento, como o espanhol Juan de Celaya e seu discípulo Domingo de Soto, continuaram os estudos do movimento uniformemente acelerado e da queda livre, lançando as bases para o que mais tarde se tornariam os estudos revolucionários do italiano Galileo Galilei (que introduziu os passos do método científico ) e os do britânico Isaac Newton (que formulou pela primeira vez os princípios completos do movimento).
Fundamentação teórica
As formulações elementares de Newton partiram da consideração do movimento como a translação de um objeto de um lugar a outro , entendendo-o como um conceito relativo a uma origem que, por sua vez, pode >
Newton partiu do conceito de massa (m) , que ele considerou como a quantidade de matéria presente em um corpo. O momento é entendido como a massa multiplicada pela velocidade (v).
Primeira Lei de Newton: Lei da Inércia
A Primeira Lei de Newton contradiz um princípio formulado por Aristóteles , que postulou que um corpo só pode reter seu movimento se uma força sustentada for aplicada a ele. A lei de Newton afirma que: “Todo corpo persevera em seu estado de repouso ou de movimento retilíneo uniforme, a menos que seja forçado a mudar de estado por forças impressas nele.”
Assim, um objeto que está se movendo ou em repouso não pode alterar seu estado sem que algum tipo de força seja aplicada a ele . O movimento segundo este princípio é uma dimensão vetorial (que tem direção e sentido), e permite calcular a aceleração (positiva ou negativa) a partir da variação das velocidades.
Sistemas de referência inercial
Esta primeira lei permite a definição de um tipo especial de referenciais que são conhecidos como referenciais inerciais . Com eles, é possível distinguir entre o movimento aparente de um objeto, se o observador está se movendo com ele, ou se, ao contrário, ele está em um ponto fixo em relação ao objeto em movimento:
- Observadores inerciais . Eles são aqueles em cuja perspectiva as leis de Newton são cumpridas porque eles observam o movimento do objeto de “fora” e de um ponto estático. Se eles existirem, eles podem apreciar o movimento “real”.
- Observadores não inerciais . São aqueles que estão sujeitos a forças e, portanto, sua perspectiva de movimento é relativa, visto que estão imersos no conjunto de forças no plano do objeto.
Segunda Lei de Newton: Lei Fundamental da Dinâmica
Esta lei trata da definição do conceito de força (F) . Em princípio, ele expressa: “A mudança de um movimento é diretamente proporcional à força motriz impressa nele e ocorre de acordo com a linha reta ao longo da qual essa força é impressa.” Isso significa que a aceleração de um objeto em movimento responde à quantidade de força aplicada para modificar seu deslocamento.
Daí nasce a equação fundamental da dinâmica , para objetos de massa constante: Força resultante (F resultante ) = massa (m) x aceleração (a). Uma força resultante atua sobre um corpo de massa constante e lhe dá uma aceleração proporcional.
Nos casos em que a massa não é constante, esta fórmula irá variar, e será escrita em função do momento (p) , calculável de acordo com a fórmula: Quantidade de movimento (p) = massa (m) x velocidade (v) . Portanto:
Net F = d (mv) / dt. Assim, a força pode >
Conservação de momentum
Este princípio, que segue da Segunda Lei de Newton, nos permite descrever a física das colisões entre objetos em movimento:
- Choque elástico . O momento (p) e a energia cinética de objetos em colisão são conservados.
- Choque inelástico . O momento do sistema dos dois corpos (p) é conservado, mas não a energia cinética dos objetos na colisão. Ambos os corpos podem sofrer deformações e aumento de temperatura , podendo permanecer unidos entre si após a colisão.
Terceira lei de Newton: princípio de ação e reação
Esta lei estipula: “Toda ação corresponde a uma reação igual, mas na direção oposta, ou seja, as ações mútuas de dois corpos são sempre iguais e dirigidas na direção oposta”. Isso significa que para cada força exercida sobre um objeto, ela exerce uma força igual, mas na direção oposta no primeiro.
Assim, se dois objetos 1 e 2 interagem, a força exercida por 1 sobre 2 será igual em magnitude à exercida por 2 sobre 1, mas com o sinal oposto: F12 = F21. O primeiro será denominado “ação” e o segundo “reação”.
Demonstração da terceira lei
É simples provar essa terceira lei por meio de experimentos diários. Por exemplo, quando duas pessoas de peso semelhante se empurram, ambas recebem o empurrão, mas são jogadas na direção oposta. A mesma coisa acontece quando quicamos uma bola na parede: ela será lançada na direção oposta com a mesma força com que a colocamos quando a lançamos.
Contribuições pós-Newton
Após as formulações de Newton, muitos cientistas posteriores estudaram os princípios e os simplificaram para aplicação em sistemas não inerciais, como Jean d’Alembert em seu Tratado de Dinâmica (1743) ou Louis de Lagrange no século XIX.
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