A 1ª lei de Newton – Inércia

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Introdução

As leis de Newton são um dos temas da Física estudados na 1ª série do Ensino Médio. São três as leis de Newton – a lei da inércia, a definição de força (“F-=m.a”) e a lei da ação e reação. Começaremos estudando a 1ª lei de Newton, também conhecida como princípio da inércia.

Galileu (1564 -1642) foi um dos primeiros cientistas a formular o princípio da inércia. Mais tarde, em 1649, Descartes (1595-1650) formulou o princípio da inércia tal como Newton o utilizou – sim, a “1ª lei de Newton” não é de Newton!

Galileu (à esquerda) foi um dos cientistas mais importantes do século 17 e de todos os tempos. Foi o primeiro a realizar observações sistemáticas com uma luneta (em 1609) e defendeu que a Terra estava em movimento ao redor do Sol. Por isso, ele foi preso e condenado à prisão perpétua em 1633. Além de um grande matemático e físico, Descartes (à direita) foi um grande filósofo, tendo escrito "O discurso do método", entre tantas outras obras.

Porém, Newton incorporou o princípio da inércia a um conjunto de leis para explicar as causas dos movimentos. Considerando que os mais diferentes movimentos acontecem por causa da ação de forças, Newton “sintetizou” boa parte da física de sua época. Ele dizia que, para isso, teve que “subir sobre os ombros de gigantes” – Galileu, Descartes e tantos outros.

Primeiras páginas do livro "Princípios Matemáticos da Filosofia Natural", com uma imagem de Newton à esquerda. Como quase todo livro de sua época, o "Principia", como também ficou conhecido, foi escrito em latim.

As leis do movimento foram publicadas por Newton em 1687 no livro “Princípios Matemáticos da Filosofia Natural”. Nesse livro, ele demonstra que muito fenômenos da natureza – ligados à mecânica – podem ser explicados utilizando leis matemáticas.

Além de apresentar suas leis do movimento, Newton também apresentou nesse livro sua famosa “teoria da gravitação universal”. Ele define a força da gravidade para explicar por que as coisas caem, por que a Lua gira ao redor da Terra, por que os planetas giram ao redor do Sol, etc.

Para Newton, tudo isso acontece por causa da ação de um mesmo tipo de força – a força da gravidade. Esse tipo de força age na Terra, assim como em todo o universo. Por isso é que, para Newton, a gravitação é “universal”.

O livro “Princípios Matemáticos da Filosofia Natural”, sem dúvida, é um dos maiores livros da história da humanidade.

O que diz o princípio da inércia?

Newton definiu o princípio da inércia da seguinte maneira:

“Todo corpo continua em seu estado de repouso ou de movimento uniforme em uma linha reta, a menos que ele seja forçado a mudar aquele estado por forças imprimidas a ele”.

Podemos considerar que o princípio da inércia diz duas coisas. Se um corpo está em movimento em linha reta e a mesma velocidade (“movimento uniforme”), a tendência é ele continuar esse movimento. Agora, se um corpo está parado (“estado de repouso”), a tendência dele é continuar parado. Caso forças sejam aplicadas sobre esse corpo, ela podem alterar seu estado de movimento.

Exemplos de aplicação do princípio da inércia

Todos vocês já sentiram os feitos do princípio da inércia, mesmo que não saibam. No vídeo logo abaixo, vocês vão encontrar vários exemplos de aplicação do princípio da inércia.

Antes de vocês assistirem ao vídeo, vamos analisar a seguinte situação: dois astronautas estão em órbita ao redor da Terra na Estação Espacial Internacional (EEI) e entre eles existe uma bolinha de ping-pong (esse é o primeiro exemplo do vídeo).

À esquerda, foto da Estação Espacial Internacional (EEI). À direita, dois astronautas na EEI enquanto uma bolinha de ping-pong flutua entre eles. A bolinha flutua não porque a "gravidade é zero", como vocês irão ver nos vídeos abaixo das duas questões sobre o princípio da inércia.

O que acontecerá com a bolinha se nenhum dos astronautas aplicar uma força sobre ela? Segundo a 1ª lei de Newton, se a bolinha está parada e não há forças sobre ela, a tendência é ela continuar parada. 


Porém, o astronauta à esquerda assopra a bolinha. Quando isso acontece, ele aplica uma força sobre a bolinha, que começa a se movimentar. Pela 1ª lei de Newton, a bolinha continuaria a se movimentar em linha reta e à velocidade constante caso não tivesse nenhum “obstáculo” a esse movimento. Qualquer obstáculo aplicaria uma força sobre a bolinha contrária ao seu movimento. 

A força (F) que o astronauta aplica sobre a bolinha pode ser representada pela seta vermelha.

Porém, o outro astronauta para a bolinha com a mão. Podemos dizer que a mão dele exerce uma força sobre a bolinha, que faz ela parar.

É também uma força (F) que faz a bolinha parar de se movimentar. Reparem que os sentidos da forças desta imagem e da anterior são opostos.

Vocês poderiam também se perguntar: se a Estação Espacial Internacional tivesse um tamanho infinito, a bolinha que foi assoprada iria se movimentar para sempre em linha reta caso ela não encontrasse nenhum obstáculo? Vocês acham que existe algum “obstáculo” ou “resistência” na EEI que pode diminuir o movimento da bolinha e fazer com que ela pare?

Sim, existe: o AR! Podemos dizer que existe uma força de força de resistência do ar, que se opõe ao movimento da bolinha e pode fazer com que ela vá parando aos poucos. Um outro tipo de força de "resistência" muito comum é a força de atrito.
(Caso se interessem pelo assunto, leiam mais em: "Queda livre e resistência do ar - Galileu estava certo!" e "Paraquedismo e aerodinâmica - Alguns exemplos da força de resistência do ar".)

Agora, assista ao vídeo completo. Ele possui vários exemplos de aplicação do princípio da inércia. Depois, responda as questões abaixo.

Questões

1. (a) O que ocorre aos passageiros quando um ônibus dá uma freada brusca? Por quê?

(b) O que acontece quando um ônibus dá uma arrancada repentina? Explique sua resposta.

(c) Por que é tão perigoso saltar de um ônibus em movimento? (A resposta a essa questão está associada ao princípio da inércia. Portanto, não vale responder que isso acontece porque as pessoas podem se machucar depois de saltarem de um ônibus em movimento)

2. (a) Escolha duas situações da primeira parte do vídeo (“1. O que está em movimento...”) que não tenham sido mencionadas até então (que não seja o exemplo da bolinha de ping-pong, do carro arrancando, etc.). Explique essas situações a partir do princípio da inércia.

(b) Depois, faça a mesma coisa para a segunda parte do vídeo (“. O que está em repouso”).

Observação: a questão 3 está depois dos vídeos abaixo.

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A Estação Estação Espacial Internacional (EEI)

Sobre os 20 anos da EEI:

Apesar das coisas flutuarem dentro da EEI, a "gravidade" dentro dela não é zero. O vídeo abaixo explica por que as coisas flutuam na EEI:

Questão 

3. Por que os astronautas flutuam dentro da EEI?

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EXTRA: Quer conhecer mais a Estação Estação Internacional? Acesse o site http://esamultimedia.esa.int/multimedia/virtual-tour-iss/ e faça uma visita à EEI!