Primeira Lei de Newton: resumo e aplicações

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Fala gurunauta, dessa vez eu venho te trazer um resumo específico da primeira lei de Newton com as principais aplicações para você manjar muito desse conteúdo.

Grande gurunauta, no artigo leis de Newton, nós comentamos de forma geral sobre cada uma das leis de Newton. Todavia, cada uma dessas leis poderia render grandes textos e, com toda certeza, não caberia em um único artigo. Nesse sentido, nesse texto vamos falar especificamente da primeira lei. Vamos buscar entender, de forma qualitativa e quantitativa, seus efeitos e consequências na Física Newtoniana.

Então, cola comigo gurunauta, vem que destrinchar essa lei, que diz, essencialmente, que

“Todo corpo em repouso ou em movimento retilíneo uniforme tende a manter seu estado de inércia a menos que uma força externa haja sobre ele.”

Referenciais inerciais na primeira lei de Newton

Quando enunciamos a primeira lei de Newton, logo somos deparados a ideia de estado inercial. Em suma, o estado de inércia ou inercial de um corpo nada mais é do que a tendência do movimento que ele está efetuando. Ou seja, o enunciado nós diz que corpos que estejam:

  • Em repouso,
  • Em movimento retilíneo uniforme MRU. Isto é, um movimento ao longo de uma reta sem aceleração.

deverão manter essa tendência de movimento, quem está em repouso continuará em repouso e quem está em MRU continuará em MRU.

Entretanto, isso abre margem para a seguinte questão. Como definir se um corpo está em repouso ou em MRU ?. De fato, essa questão é um dos pontos chaves da primeira lei de Newton, pois, é a partir dessa lei que podemos assegurar a existência de referenciais inerciais. Tá bom, mas e o que são referenciais inerciais?.

Esses referenciais são sistemas de coordenadas que devem ser escolhidos de modo que a partir deles, seja feita a análise do movimento do corpo. Ou seja, podemos então criar referenciais de modo que os sistemas estejam ou não em repouso ou em MRU. Portanto, em ambos os casos, temos que a aceleração do corpo no referencial será a=0. Referenciais inerciais são esquematizados pela Figura 1.

Figura para resumo de referenciais inerciais para representação da validade da primeira lei de Newton e aplicações.
Figura 1. Esquematização de um corpo que se move em referenciais S e S’. Em S, o referencial é inercial e em S’ o referencial é não inercial.

Ademais, os referenciais inerciais possuem grandes aplicações na física, mesmo em outras áreas além da mecânica. Em especial, a relatividade especial de Einsten se vale desses referenciais para estabelecer as chamadas transformações de Lorentz, as quais, generalizam as transformações de Galilei.

Resumo do tópico

Toda vez que estivermos nos referindo a primeira lei de Newton, estamos sempre trabalhando em referenciais inerciais.

A primeira lei de Newton a partir de F=ma

Conforme já dito, esse texto é complementar. Mais que isso, ele é sucede o artigo leis de Newton, e tenta aprofundar-se na primeira lei. Nesse sentido, vou assumir que você já conhece as leis e que na verdade, está aqui para se aprofundar. Portanto, vamos resgatar a segunda lei de Newton o chamado princípio fundamental da dinâmica.

A segunda lei de Newton é a descrição quantitativa da dinâmica newtoniana. É por ela que associamos o entendimento do movimento com expressões matemáticas que permitem a compreensão do movimento de corpos. Além disso, essa lei pode ser facilmente associada a primeira, com isso, podemos obter uma descrição quantitativa da primeira lei de Newton.

Para tanto, vamos considerar um corpo, onde, nenhuma força age sobre ele. Consequentemente, teremos que F=0, logo temos que

De fato, a deve ser nulo, pois o corpo, evidentemente, tem massa. Assim, segue que temos a seguinte conclusão para o valor da aceleração.

Resumo da aplicação de a=0 na segunda lei de Newton apartir da condição F = 0.

Ou seja, em ambos os casos, temos que o corpo está num referencial inercial. Portanto, o caso em que F = 0 num corpo é descrição qualitativa da primeira lei de Newton.

Resumo da seção

Em resumo, a primeira lei de Newton pode ser encarada como um caso particular da segunda lei de Newton, o qual ocorre quando a força total que age sobre um corpo de massa m é zero.

Momento linear e a primeira lei de Newton

A segunda lei e Newton, quando enunciada, pela primeira vez, foi posta em termos de uma quantidade chamada momento linear. O momento linear, é dado por

Definição do momento linear para aplicações da primeira lei de Newton.
ou seja, o momento linear é uma quantidade física que carra a característica do corpo, pela massa, e como é o movimento, através da velocidade. A partir disso e da segunda lei de Newton, temos que
Dedução da fórmula do momento linear a partir da segunda lei de Newton.
Isto é, a força F é a derivada do momento linear em relação ao tempo. Essa descrição é bem mais forte do que a penas F = ma. Aqui temos a força entendida de forma infinitesimal, portanto, os cálculos feitos com ela serão muito mais precisos. Além de que, permitirão várias aplicações, dentre elas a conservação do momento linear.

Uma das aplicações mais importantes – Conservação do momento linear

No caso de corpos que estão no regime da primeira lei de Newton, temos que F = 0. Portanto, podemos aplicar essa condição na determinação da variação do momento, que nos dá

Obtenção da conservação do momento a partir da primeira lei de Newton. Mostrada como uma das aplicações e para resumo do assunto.

portanto, a variação do momento é nula. Sendo assim, ao longo dos instante t0 e tf temos que o momento foi conservado. Isto é, não modificou-se no intervalo de tempo estudado.

Resumo da seção

Na primeira lei de Newton, a variação do momento é conservado.

Aplicações

Agora, vamos enumerar algumas aplicações importantes da primeira lei de Newton:

Aplicações práticas

  • O movimento das helices de um ventilador após ser desligado,
  • O movimento de deslocar-se para frente no interior de um carro, após o motorista apertar o freio,
  • O percurso feito por atletas mesmo após cruzar a linha de chegada.

Aplicações teóricas

  • A construção de referenciais inerciais,
  • A construção de relógios a partir dos referenciais inerciais,
  • Conservação do momento linear.

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