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Movimento e Força.

A física é o estudo das leis básicas que regem a matéria.

A mecânica é o ramo da física que estuda o movimento dos objetos em geral, dos planetas às menores partículas do interior do átomo.

Sir Isaac Newton (1642-1727) desenvolveu uma teoria que descreve a maioria dos tipos de movimento, trabalho aclamado como um dos maiores avanços da história da ciência.

A teoria elaborada por Newton, apesar de válida para velocidades e dimensões normais, não se aplica a velocidades próximas à da luz nem a dimensões subatômicas.

Suas descobertas são, portanto, consideradas casos especiais de uma teoria mais genérica.

Movimento.

Um corpo em movimento desloca-se no espaço e no tempo.

A linha reta que liga o ponto de partida ao ponto de chegada corresponde ao seu deslocamento.

Como o deslocamento possui valor numérico e direção, diz-se que é uma grandeza vetorial.

O movimento é linear.

A variação do movimento retilíneo (em linha reta) é a velocidade, que também é uma grandeza vetorial.

O valor numérico da velocidade, sem a direção, é uma grandeza escalar.

A velocidade média do corpo durante o movimento retilíneo é a alteração de seu deslocamento dividida pelo tempo total gasto no trajeto.

Suas dimensões são, portanto, o comprimento dividido pelo tempo, expressas em metros por segundo (m/s).

Se o corpo se move com velocidade variável, a taxa de variação da velocidade é a sua aceleração, definida como sendo a modificação sofrida pela velocidade durante um dado intervalo de tempo.

Suas dimensões são a velocidade dividida pelo tempo, e se exprimem como metros por segundo ao quadrado (m/s²).

Quando um corpo se move com aceleração uniforme (movimento uniformemente acelerado), o deslocamento, a velocidade e a aceleração se relacionam entre si.

Estas relações são descritas por meio das equações cinemáticas, às vezes chamadas de leis do movimento uniformemente acelerado.

A cinemática é o estudo dos corpos em movimento e não leva em consideração massas e forças.

Galileu estudou o movimento dos objetos em queda-livre no ar.

Segundo ele, todos os objetos que caem livremente em direção à Terra possuem a mesma aceleração (a aceleração devido à gravidade ou aceleração gravitacional).

Próximo à superfície da Terra, ela é de 9,8 m/s², valor sujeito a pequenas variações em função da latitude e da altitude.

Numa situação ideal, a resistência do ar é desprezada, embora em experimentos práticos ela deva ser considerada.

Em uma demonstração feita na Lua, em agosto de 1971, um astronauta americano mostrou que, quando a resistência do ar é desprezível.

Uma pena e um martelo soltos ao mesmo tempo da mesma altura caem juntos.

No movimento real, tanto o valor numérico da velocidade quanto sua direção precisam ser considerados.

Uma bola lançada para cima voltará ao chão.

Enquanto estiver no ar, sua velocidade se alterará em valor e em direção.

Neste caso, em vez de velocidade média, devem ser avaliadas suas velocidades instantâneas.

A velocidade pode, em qualquer instante, ser considerada como se estivesse acontecendo em duas direções: vertical e horizontal.

Assim, a velocidade, num dado instante, pode ser desmembrada em uma componente vertical e uma horizontal.

Cada uma das componentes pode ser considerada como tendo um movimento retilíneo uniformemente acelerado, de modo que as equações da cinemática podem ser aplicadas a ambas as direções.

Consequentemente, a velocidade instantânea e a posição do corpo podem ser calculadas em qualquer ponto do trajeto.

Movimento Circular.

Se um corpo se move num trajeto circular com velocidade constante, a direção do seu movimento (e, portanto, sua velocidade) estará sendo continuamente alterada.

Como a velocidade se altera, o corpo tem aceleração, que também se altera.

Neste caso, as leis do movimento uniformemente acelerado não se aplicam.

A aceleração de um corpo em trajetória circular é chamada de centrípeta ("que se dirige ao centro").

A direção desta aceleração é voltada para o centro do círculo.

Leis do Movimento de Newton.

As leis do movimento, formuladas por Newton, tratam das relações entre a aceleração de um corpo e as forças que agem sobre ele.

Força é aquilo que provoca alteração na taxa de modificação da velocidade de um objeto.

Primeira Lei de Newton.

A primeira lei de Newton diz que um corpo permanecerá em repouso ou em movimento retilíneo uniforme com velocidade constante se sobre ele não atuar nenhuma força externa (em geral, um corpo não exerce força sobre si mesmo).

A tendência de um corpo de permanecer em repouso ou em movimento com velocidade constante é chamada de inércia.

A inércia está relacionada à massa, que é a quantidade de substância do corpo.

A unidade de massa é o quilograma (kg).

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Segunda Lei de Newton.

A segunda lei de Newton afirma que a força resultante exercida sobre um corpo é diretamente proporcional à aceleração produzida pela força:

F = ma
onde F é a força exercida
m é a massa do corpo
a é a aceleração.

A unidade de força é o newton (N), definido como sendo a força que, agindo sobre um corpo de 1 kg de massa, produz aceleração de 1 m/s².

A massa de um corpo é frequentemente confundida com seu peso.

Entretanto, massa é a quantidade de matéria do corpo, ao passo que peso é a força gravitacional que age sobre ele e varia de acordo com o lugar (a unidade de peso é o newton).

Um corpo tem a mesma massa na Lua e na Terra, mas seu peso será bem menor na Lua, já que sua força gravitacional é um sexto da gravitação da Terra.

Newton enunciou em sua segunda lei que a força que age sobre o corpo é igual à velocidade com que se modifica sua "quantidade de movimento", ou momento.

O momento de um corpo é definido como sendo o produto de sua massa por sua velocidade.

Terceira Lei de Newton.

A terceira lei de Newton diz que uma força única e isolada não existe por si mesma.

Existe sempre uma outra força resultante, que corresponde à sua "imagem-especular".

Segundo Newton, "A cada ação corresponde uma força igual, mas em sentido oposto".

Assim, como duas massas sempre exercem atração gravitacional mútua, a atração que a Terra exerce sobre uma bola é igual à atração que a bola exerce sobre a Terra.

Devido, porém, à imensa diferença de tamanho entre ambas, o resultado que se percebe é a aceleração da bola para baixo.

O princípio da conservação do momento deriva desta terceira lei.

Quando dois corpos interagem, o momento total antes e depois do impacto é igual:

m₁u₁ + m₂u₂ = m₁v₁ + m₂v₂

Onde:
m₁ e m₂ são as massas
u₁ e u₂ são as velocidade iniciais
v₁ e v₂ são as velocidade resultantes

Assim, os componentes do momento em qualquer direção antes e depois da interação são iguais.

Num referencial acelerado ou não-incercial, a segunda lei de Newton não se aplica, a não ser que seja introduzida alguma força fictícia.

Por exemplo: os passageiros de um carrossel em movimento tem a sensação de estarem sendo impelidos para fora da platafomia.

Esta sensação se deve à força centrífuga ("fuga do centro") e se explica pelo fato de os passageiros se movimentarem junto com o sistema, fazendo parte do referencial acelerado.

O observador de fora tem a impressão de que os passageiros sairiam pela tangente ao movimento se não houvesse uma força que os prendesse ao carrossel.

Trata-se da ação da força centrípeta, que é percebida como o atrito entre o passageiro e seu assento.

Se um passageiro caísse do carrossel, o motivo seria uma força centrípeta insuficiente e não uma força centrífuga intensa demais.

Gravitação.

A força gravitacional, de atração mútua entre massas, é uma das quatro forças fundamentais da natureza (as outras são a força eletromagnética e as forças nucleares forte e fraca).

Embora muito mais fraca que as demais, esta força de longo alcance não deveria ser considerada fraca.

Um objeto em repouso sobre uma mesa está sob a ação da força gravitacional da Terra inteira, uma força significativa.

A força quase igual exercida pela mesa é o resultado de forças de curto alcance exercidas pelas moléculas de sua superfície.

Newton descreveu pela primeira vez a lei da gravidade em 1687, usando a noção de partícula para designar corpos tão pequenos que suas dimensões seriam comparativamente desprezíveis.

Segundo Newton, cada partícula do universo atrai todas as outras com força diretamente proporcional ao produto de suas massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre elas.

A mecânica newtoniana teve tanto êxito que gerou uma crença de que, através das leis de Newton (e do eletromagnetismo), seria possível prever o futuro do universo caso as posições, velocidades e acelerações de todas as partículas num dado instante fossem conhecidas.

Mais tarde, a teoria quântica e o Princípio da Incerteza de Heisenberg demonstraram a impossibilidade de se fazer medições simultâneas da posição e da velocidade das partículas com precisão infinita.

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