As três leis do movimento de Sir Isaac Newton descrevem o movimento de corpos massivos e como eles interagem.

Embora as leis de Newton possam parecer óbvias para nós hoje, há mais de três séculos eram consideradas revolucionárias.

A equação da gravidade de Newton não continha o valor numérico da constante gravitacional. Imagem: Lia Koltyrina / Shutterstock

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Newton foi um dos cientistas mais influentes de todos os tempos. Suas ideias se tornaram a base para a física moderna. Ele se baseou em ideias apresentadas a partir de trabalhos de cientistas anteriores, incluindo Galileu e Aristóteles, e foi capaz de provar algumas ideias que haviam sido apenas teorias no passado. Ele estudou ótica, astronomia e matemática, ele inventou o cálculo. (O matemático alemão Gottfried Leibniz também é creditado por desenvolvê-lo de forma independente mais ou menos na mesma época.)

Newton é talvez mais conhecido por seu trabalho no estudo da gravidade e do movimento dos planetas. Reiterado pelo astrônomo Edmond Halley após admitir que havia perdido sua prova de órbitas elípticas alguns anos antes, Newton publicou suas leis em 1687, em sua obra seminal "Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica" (Princípios Matemáticos da Filosofia Natural) em que formalizou a descrição de como corpos massivos se movem sob a influência de forças externas.

Ao formular suas três leis, Newton simplificou seu tratamento de corpos massivos, considerando-os pontos matemáticos sem tamanho ou rotação. Isso lhe permitiu ignorar fatores como atrito, resistência do ar, temperatura, propriedades do material, etc..., e se concentrar em fenômenos que podem ser descritos apenas em termos de massa, comprimento e tempo. Consequentemente, as três leis não podem ser usadas para descrever precisamente o comportamento de grandes objetos rígidos ou deformáveis; no entanto, em muitos casos, eles fornecem aproximações adequadamente precisas.

As leis de Newton dizem respeito ao movimento de corpos massivos em um referencial inercial, às vezes chamado de referencial newtoniano, embora o próprio Newton nunca tenha descrito tal referencial. Um referencial inercial pode ser descrito como um sistema de coordenadas tridimensional que está estacionário ou em movimento linear uniforme, ou seja, não está acelerando ou girando. Ele descobriu que o movimento dentro de tal referencial inercial poderia ser descrito por três leis simples.

Uma pintura de Sir Isaac Newton de Sir Godfrey Kneller, datada de 1689. Crédito da imagem: Sir Godfrey Knelle

A Primeira Lei do Movimento 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." Isso significa simplesmente que as coisas não podem iniciar um movimento, parar ou mudar de direção por si mesmas. É necessário um pouco de força atuando sobre eles externamente para causar tal mudança. Essa propriedade de corpos massivos de resistir a mudanças em seu estado de movimento é às vezes chamada de inércia.

A Segunda Lei do Movimento descreve o que acontece a um corpo maciço quando é acionado por uma força externa. Ele afirma: "A força que atua sobre um objeto é igual à massa desse objeto vezes sua aceleração." Isso é escrito na forma matemática como F = ma, onde F é a força, m é a massa e a é a aceleração. As letras em negrito indicam que a força e a aceleração são quantidades vetoriais, o que significa que têm magnitude e direção. A força pode ser uma única força ou pode ser a soma vetorial de mais de uma força, que é a força resultante depois que todas as forças são combinadas.

Quando uma força constante atua sobre um corpo massivo, faz com que ele acelere, ou seja, mude 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 em movimento, esse corpo pode parecer acelerar, desacelerar ou mudar de direção, dependendo da direção da força e das direções que o objeto e referenciais estão se movendo em relação uns aos outros.

A Terceira Lei do Movimento afirma: "Para cada ação, há uma reação igual e oposta." Esta lei descreve o que acontece a um corpo quando ele exerce uma força sobre outro corpo. As forças sempre ocorrem aos pares, então, quando um corpo empurra o outro, o segundo corpo empurra para trás com a mesma força. Por exemplo, quando você empurra um carrinho, o carrinho empurra de volta contra você; quando você puxa uma corda, a corda puxa de volta contra você; quando a gravidade o puxa contra o solo, o solo empurra seus pés; e quando um foguete inflama seu combustível atrás dele, o gás de escape em expansão empurra o foguete fazendo com que ele acelere.

Se um objeto é muito, muito mais massivo do que o outro, particularmente no caso do primeiro objeto sendo ancorado na Terra, virtualmente toda a aceleração é transmitida ao segundo objeto, e a aceleração do primeiro objeto pode ser ignorada com segurança. Por exemplo, se você fosse jogar uma bola de beisebol para o oeste, não teria de considerar que realmente fez com que a rotação da Terra se acelerasse ligeiramente enquanto a bola estivesse no ar. No entanto, se você estivesse de patins e jogasse uma bola de boliche para a frente, começaria a se mover para trás a uma velocidade perceptível.

As três leis foram verificadas por incontáveis experimentos ao longo dos últimos três séculos e ainda são amplamente usadas até hoje para descrever os tipos de objetos e velocidades que encontramos na vida cotidiana. Elas formam a base do que agora é conhecido como mecânica clássica, que é o estudo de objetos massivos que são maiores do que as escalas muito pequenas da mecânica quântica e que se movem mais lentamente do que as velocidades muito altas endereçadas pela mecânica relativística.

Veja tambem:

• Inércia e a Primeira Lei do Movimento de Newton
• Força, Massa e Aceleração: Segunda Lei do Movimento de Newton
• Reações iguais e opostas: a terceira lei do movimento de Newton

Recursos adicionais

• Hiperfísica: Leis de Newton
• Aula de física: Leis de Newton
• NASA: Leis do Movimento de Newton

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Referência: 

LUCAS, Jim. Newton's Laws of Motion. Live Science, 26, set. 2017. Disponível em: <https://www.livescience.com/46558-laws-of-motion.html>. Acesso em: 21, jun. 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.