Um corpo em repouso permanecerá em repouso e um corpo em movimento permanecerá em movimento a menos que seja acionado por uma força externa

Na costa de Pusan, Coreia do Sul, 7 de julho de 1999 - Um Hornet F/A-18 designado para o Esquadrão de Caça One Five One (VFA-151) quebra a barreira do som nos céus do Oceano Pacífico. O VFA-151 é implantado a bordo do USS Constellation (CVN 64). Crédito da imagem: foto da Marinha dos EUA por Ensign John Gay

A Primeira Lei do Movimento de Isaac Newton afirma: "Um corpo em repouso permanecerá em repouso e um corpo em movimento permanecerá em movimento a menos que seja acionado por uma força externa." O que, então, acontece a um corpo quando uma força externa é aplicada a ele? Essa situação é descrita pela Segunda Lei do Movimento de Newton. 

De acordo com a NASA, esta lei afirma: "Força é igual à mudança no momento por mudança no tempo. Para uma massa constante, a força é igual à massa vezes a aceleração." Isso é escrito na forma matemática como F = m a

F é a força, m é a massa e a é a aceleração. A matemática por trás disso é bastante simples. Se você dobra a força, você dobra a aceleração, mas se você dobra a massa, você corta a aceleração pela metade. 

Newton publicou suas leis do movimento em 1687, em sua obra seminal "Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica" (Princípios matemáticos da filosofia natural), na qual formalizou a descrição de como corpos massivos se movem sob a influência de forças externas. 

Newton expandiu o trabalho anterior de Galileo Galilei, que desenvolveu as primeiras leis precisas do movimento para as massas, de acordo com Greg Bothun, professor de física da Universidade de Oregon. Os experimentos de Galileu mostraram que todos os corpos aceleram na mesma taxa, independentemente do tamanho ou massa. Newton também criticou e expandiu a obra de René Descartes, que também publicou um conjunto de leis da natureza em 1644, dois anos após o nascimento de Newton. As leis de Descartes são muito semelhantes à primeira lei do movimento de Newton.

Aceleração e velocidade

A segunda lei de Newton diz que quando uma força constante atua sobre um corpo massivo, ela acelera, ou seja, muda sua velocidade a uma taxa constante. No caso mais simples, uma força aplicada a um objeto em repouso faz com que ele acelere na direção da força. No entanto, se o objeto já estiver em movimento, ou se esta situação for vista de um quadro de referência inercial em movimento, esse corpo pode parecer acelerar, desacelerar ou mudar de direção, dependendo da direção da força e das direções que o objeto e os referenciais estão se movendo em relação um ao outro.

As letras em negrito F e a na equação indicam que a força e a aceleração são grandezas vetoriais, o que significa que têm magnitude e direção. A força pode ser uma única força ou pode ser a combinação de mais de uma força. Neste caso, escreveríamos a equação como ∑ F = m a

A grandeza Σ (a letra grega sigma) representa a soma vetorial de todas as forças, ou a força resultante, agindo sobre um corpo.

É bastante difícil imaginar a aplicação de uma força constante a um corpo por um período indefinido de tempo. Na maioria dos casos, as forças só podem ser aplicadas por um período limitado, produzindo o que é chamado de impulso. Para um corpo massivo movendo-se em um referencial inercial sem quaisquer outras forças, como o atrito agindo sobre ele, um certo impulso causará uma certa mudança em sua velocidade. O corpo pode acelerar, desacelerar ou mudar de direção, depois disso, o corpo continuará se movendo em uma nova velocidade constante (a menos, é claro, que o impulso faça o corpo parar).

Há uma situação, no entanto, em que encontramos uma força constante - a força devida à aceleração gravitacional, que faz com que corpos massivos exerçam uma força para baixo na Terra. Nesse caso, a aceleração constante devido à gravidade é escrita como ge a Segunda Lei de Newton torna-se F = mg. Note-se que neste caso, F e g não são convencionalmente escritos como vetores, porque estão sempre a apontar na mesma direção, para baixo.

O produto da massa pela aceleração gravitacional, mg, é conhecido como peso, que é apenas outro tipo de força. Sem gravidade, um corpo massivo não tem peso e, sem um corpo massivo, a gravidade não pode produzir uma força. Para superar a gravidade e erguer um corpo maciço, você deve produzir uma força para cima m a que seja maior do que a força gravitacional para baixo mg. 

Segunda lei de Newton em ação

Os foguetes que viajam pelo espaço abrangem as três leis do movimento de Newton.

Se o foguete precisar diminuir a velocidade, aumentar a velocidade ou mudar de direção, uma força é usada para empurrá-lo, normalmente vinda do motor. A quantidade de força e o local onde ela está fornecendo o impulso podem mudar a velocidade (a parte da magnitude da aceleração) e a direção.

Agora que sabemos como um corpo maciço em um referencial inercial se comporta quando submetido a uma força externa, por exemplo, como os motores que criam o impulso manobram o foguete, o que acontece com o corpo que está exercendo essa força? Essa situação é descrita pela Terceira Lei do Movimento de Newton. 

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Veja também:

• Leis do Movimento de Newton
• Inércia e a Primeira Lei do Movimento de Newton
• Reações iguais e opostas: a terceira lei do movimento de Newton

Recursos adicionais

• Hiperfísica: Leis de Newton
• A aula de física: Leis de Newton
• NASA: Leis do Movimento de Newton

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Referência:

LUCAS, Jim. Force, Mass & Acceleration: Newton's Second Law of Motion. Live Science, 26, set. 2017. Disponível em: <https://www.livescience.com/46560-newton-second-law.html>. Acesso em: 18, out. 2021.

Marcello Franciolle F T I P E
Founder - Gaia Ciência

Marcello é fundador da Gaia Ciência, que é um periódico científico que foi pensado para ser uma ferramenta para entender o universo e o mundo em que vivemos, com temas candentes e fascinantes sobre o Universo e Ciências da Terra para inspirar e encantar as pessoas. Ele é graduando em Administração pelo Centro Universitário N. Sra. do Patrocínio (CEUNSP) – frequentou a Universidade de Sorocaba (UNISO); graduação em Análise de Sistemas e onde participou do Encontro de Pesquisadores e Iniciação Científica (EPIC). Suas paixões são literatura, filosofia, poesia e claro ciência.