Primeira Lei de Newton

Um olhar geral da mecânica newtoniana

No estudo da mecânica newtoniana, seja avaliando o movimento de um determinado corpo ou estudando as forças que agem sobre ele, são válidos alguns princípios – ou leis – que podem ser aplicados em qualquer situação e que auxiliam no estudo do movimento deste ou de múltiplos corpos.

Neste sentido, existem três leis básicas de movimento, aprimoradas por Isaac Newton (1642 – 1727) e conhecidas como as Três Leis de Newton que são aplicáveis em qualquer âmbito da mecânica newtoniana. Neste primeiro momento, será estudada somente a Primeira Lei de Newton, ou a Lei da Inércia.

Visão geral da Primeira Lei de Newton

Antes de Newton elaborar suas leis, e em especial a primeira, acreditava-se que um objeto estava em seu “estado natural” apenas quando estivesse em repouso e, principalmente, que para um corpo continuar se movendo com velocidade constante, era preciso que uma força atuasse sobre ele ao longo de todo o movimento.

Tal concepção era considerável, afinal, ao impulsionar um carrinho de brinquedo, por exemplo, ao longo de uma trajetória retilínea de um piso de cimento, o carrinho irá diminuir sua velocidade até parar. Além disso, para mantê-lo em velocidade constante é preciso que seja empurrado ou puxado de forma contínua.

Entretanto, ao analisar o movimento de objetos em superfícies muito escorregadias, como um piso ensaboado ou um ringue de patinação, verifica-se que o corpo ao ser impulsionado irá percorrer uma distância maior antes de parar do que se for movimentado em outra superfície como a madeira, por exemplo.

Isto acontece por conta da existência do atrito, uma força que age contra o sentido do movimento devido a rugosidades presentes na superfície onde ocorre o movimento. Ou seja, em uma superfície sem rugosidades não haverá uma força responsável por se opor ao movimento, pois não haverá atrito.

A partir destas análises, Newton concluiu que se nenhuma força atuar sobre o corpo (seja contrária ou a favor do movimento) a velocidade do móvel não pode mudar, em outras palavras, não irá nem acelerar nem desacelerar. Isto significa que se um corpo está se movimentando, continuará em movimento e se estiver em repouso, continuará em repouso.

Além das forças que desaceleram um determinado objeto, pode haver também forças que o aceleram, neste caso o corpo não manterá sua velocidade constante, pois irá se deslocar cada vez mais rápido. Então como saber se um objeto irá permanecer em repouso ou com velocidade constante? Para responder esta pergunta e entender completamente a primeira lei de Newton, é preciso entender o conceito de Força.

O Conceito de Força

Força é a grandeza capaz de provocar aceleração (seja positiva ou negativa), é medida em Newtons (N) e 1N equivale a 1 Kg.m/s². Quando duas ou mais forças atuam sobre o mesmo corpo fala-se então de força resultante, que pode ser calculada somando vetorialmente as forças (ou seja, levando em consideração suas direções e sentidos). Assim, a força resultante tem o mesmo efeito de todas as forças individuais que atuam sobre determinado corpo.

 O que acontece então quando a força resultante é nula?

Quando a força resultante é nula, pode-se considerar que, na prática, não há nenhuma força atuando sobre o corpo, pois as forças se anulam entre si. Por exemplo, se um garoto empurra uma caixa para sua direita com uma força de 15 N ao mesmo tempo em que outro garoto empurra a mesma caixa para a esquerda com uma força de 15 N, é natural pensar que a caixa não irá se mover. A imagem a seguir representa quatro situações em que há mais de uma força atuando sobre o mesmo objeto.

A figura (a) ilustra uma situação onde existem duas forças de mesma intensidade agindo em sentidos opostos. Neste caso a força resultante será nula e o objeto permanecerá em repouso. As figuras (b) e (c) ilustram situações onde existem duas forças de intensidades diferentes agindo em sentidos opostos. Isto significa que a força resultante será diferente de zero.

F_Rb = 60 – 58 = 2 N   Figura (b)

F_Rc = 15 – 13 = 2 N   Figura (b)

Por fim, na figura (d) a força resultante será a soma de duas forças menos uma terceira, ou seja:

F_Rd = (25 + 20) – 43 = 2 N   Figura (d)

Repare que forças de intensidades diferentes resultaram na mesma força resultante.

Definição da Primeira lei de Newton

Com base nestas análises, é possível atribuir uma explicação mais rigorosa às conclusões iniciais de Newton, em outras palavras, é possível enunciar a Primeira Lei de Newton, ou a Lei da Inércia, da seguinte forma:

Se a força resultante que atua sobre um corpo for nula, a velocidade deste corpo não pode mudar, ou seja, o corpo não irá sofrer nenhuma aceleração.

Com base nisto, é possível concluir também que todo corpo tende a manter seu estado atual: se estiver em repouso continuará em repouso até que alguma força não nula aja sobre ele, e se estiver em movimento, continuará se movendo com velocidade constante até que alguma força não nula provoque aceleração (positiva ou negativa).

A Lei da Inércia no dia-a-dia

Como é possível perceber a validade da primeira lei de Newton no cotidiano?

Um exemplo muito simples e muito conhecido da verificação da primeira lei de Newton é pensar em pessoas de pé em um ônibus. Quando o ônibus está parado e começa a acelerar, as pessoas que estão de pé tem a impressão de estarem sendo empurradas para trás, isto acontece porque, pela lei da inércia, todo corpo tende a manter seu estado atual de movimento, que no caso é o de repouso, então quando o ônibus acelerou, as pessoas foram jogadas para trás porque a tendência destas pessoas que estavam paradas era continuar em repouso.

Ao contrário, se o ônibus freia bruscamente, as pessoas são jogadas para frente, pois estavam se movendo junto com o ônibus e ao frear, a tendência é que continuem seu movimento original e por isso são jogadas para frente. A inércia também é o motivo pelo qual as pessoas devem usar cinto de segurança ao andar em automóveis, pois o cinto evita que sejam jogadas para frente em uma eventual colisão.

A imagem a seguir ilustra a situação descrita sobre o ônibus:

Figura 1 – Fonte: Fundamento de Física, Volume 1 – Halliday & Resnick 9ª Edição.

Uma aplicação técnica e científica da lei da inércia se refere a foguetes que viajam pelo espaço: uma vez fora da órbita da Terra e da ação de qualquer força gravitacional, o foguete não precisa manter seu motor ligado para manter sua velocidade, pois não há atrito e nem resistência do ar para desacelerá-lo (pois no espaço só há vácuo), isto significa que o foguete pode viajar uma parte do seu trajeto com o motor desligado e precisará liga-lo somente quando precisar mudar sua trajetória ou desacelerar/acelerar, economizando combustível.

Lucas Cardoso Toniol