As leis de Newton são três princípios fundamentais da dinâmica dos corpos, como explica o professor de física teórica e experimental na Universidade do Oeste Paulista (Unoeste) Maikon Cesar Selmini.
“Elas foram formuladas no século XVII pelo físico e matemático britânico Isaac Newton (1643-1727) e são a base da mecânica clássica, descrevendo o comportamento dos corpos em movimento”, apresenta.
Selmini conta que a primeira lei de Newton é sobre inércia. “Um objeto em movimento retilíneo e uniforme ou em repouso tende a permanecer em seu estado a menos que uma força externa atue sobre ele”, ensina.
“Essa lei trata do equilíbrio dos corpos. Para que o estado de repouso ou movimento retilíneo uniforme seja conservado, o somatório de todas as forças sobre esse corpo deverá ser zero”, complementa.
A segunda lei aborda o princípio fundamental da dinâmica. “A mudança de movimento de um objeto é proporcional à força aplicada e ocorre na direção da força”, explica.
Por fim, a terceira lei de Newton lembra que, para cada ação, há sempre uma reação igual e oposta. “Isso significa que as forças sempre ocorrem em pares, com a mesma magnitude, mas em direções diferentes. Por exemplo, quando você empurra uma parede, a parede exerce uma força igual e oposta sobre você”, resume.
Interdisciplinaridade
Na educação brasileira, os estudantes terão o primeiro contato com as leis de Newton no 9º ano do ensino fundamental, nas aulas de física. Contudo, elas são aprofundadas no 1° ano do ensino médio.
“Essas leis os ajudam a entender o comportamento dos objetos em movimento e são aplicáveis em uma ampla gama de situações, podendo ser associadas a conteúdos curriculares diversos”, pontua o professor.
“Elas envolvem conceitos matemáticos, como vetores, cálculo de forças e aceleração. Em biologia, podem ser associadas ao movimento dos músculos e articulações, ao comportamento de organismos em seu ambiente e ao funcionamento do sistema circulatório”, completa.
Em astronomia, podem explicar o movimento dos corpos celestes, como planetas, estrelas e galáxias. Na química, é possível relacioná-las à cinética química, difusão de partículas, equilíbrio químico e o comportamento dos gases ideais.
“Em história, foram desenvolvidas no contexto da revolução científica do século XVII”, indica.
Mão na massa
Selmini lembra que atividades práticas ajudam a deixar as leis de Newton menos abstratas para os alunos, possibilitando uma aprendizagem significativa. Conheça abaixo quatro atividades que podem ser usadas por professores para ensinar as leis de Newton.
1) Trombada – primeira lei de Newton
Desenvolvido pela Faculdade de Ciências da Universidade Estadual Paulista (Unesp-Bauru).
Materiais: carrinho de aço; bolinha de aço – encontrada em bicicletarias ou oficinas mecânicas, retiradas de peças de rolamentos –; duas réguas; lápis; um pedaço de massa de modelar que servirá de adesivo; livros.
Montagem: crie um plano inclinado; junte as duas réguas com fita adesiva, de forma que o lado numerado de uma coincida com a outra. Empilhe um ou mais livros sobre uma mesa reta e lisa. Apoie o começo das réguas, já coladas, no topo da pilha de livros – veja a imagem aqui.
Fixe as extremidades das réguas com fita adesiva – na mesa e na pilha de livros – para que não haja escorregamento, formando assim uma rampa. Fixe um lápis com fita adesiva a mais ou menos 20 cm da base da rampa, perpendicularmente a esta. Coloque um pedaço de massa de modelar no capô do carrinho e, sobre ela, a bolinha de aço levemente presa. Posicione o carro com a bolinha em cima, no alto da rampa.
Procedimento: o carrinho com a bolinha presa a ele percorrerá a rampa até atingir o lápis, que será seu obstáculo. Ao atingi-lo, o carrinho para, mas a bolinha de aço, estando apenas levemente presa ao carrinho, tende a continuar seu movimento, sendo lançada para a frente.
Observação: A ideia é que, ao mesmo tempo em que o carrinho para devido à ação de uma força externa aplicada pelo obstáculo, o mesmo não ocorre com a bolinha.
2) Trajeto de um carrinho – segunda lei de Newton
Materiais: carrinho de brinquedo; régua ou fita métrica; livro ou objeto pesado para servir como carga adicional; cronômetro ou relógio.
Procedimento: coloque o carrinho de brinquedo em uma superfície lisa e nivelada, como um piso de madeira. Marque uma distância fixa no chão usando a régua ou fita métrica; por exemplo, 1 metro. Coloque a carga adicional – livro ou objeto pesado – no carrinho para aumentar sua massa. Empurre o carrinho suavemente ao longo da superfície lisa e inicie o cronômetro no momento em que você empurra o carrinho. Registre o tempo que o carrinho leva para percorrer a distância pré-determinada. Repita o experimento algumas vezes, variando a massa do carrinho, mas mantendo a força aplicada constante.
Observação: “Quanto maior a massa do carrinho, mais tempo ele levará para percorrer a distância fixa. Isso acontece porque, de acordo com a segunda lei de Newton, a aceleração do carrinho é inversamente proporcional à sua massa quando a força
aplicada permanece constante”, explica Selmini. “Portanto, se a massa do carrinho aumenta, a aceleração diminui, o que resulta em um tempo maior para percorrer a mesma distância”, complementa. “Pode-se fazer um gráfico do tempo versus a massa do carrinho para mostrar a relação entre essas variáveis, confirmando assim a segunda lei de Newton”, sugere.
3) Determinação do coeficiente de atrito – segunda lei de Newton
Materiais: plano inclinado – um pedaço de madeira ou outro material inclinado –; livro; fita métrica ou régua; transferidor.
Procedimento: coloque o plano inclinado em uma superfície plana e nivelada. Coloque o livro na parte superior do plano inclinado. Eleve o plano até o momento em que o objeto inicie sua descida devido à força da gravidade. Registre o ângulo de inclinação do plano usando o transferidor. Se utilizar uma fita métrica ou régua, determine as medidas dos catetos e da hipotenusa do triângulo formado. Calcule o valor do seno do ângulo. Repita o experimento ao menos três vezes para obter uma média dos resultados.
Observações: O coeficiente de atrito pode ser calculado usando a fórmula: 𝜇 = 𝑓𝑎𝑡 / 𝑚 ∙ 𝑔., na qual μ é o coeficiente de atrito, fat é a força de atrito, m é a massa do objeto e g é a aceleração devido à gravidade (g = 9,81 m/s2). Para calcular a força de atrito, usa-se a seguinte relação: fat = mg sin θ, em que θ é o ângulo de inclinação do plano.
Após obter o valor da força de atrito, substitua o valo na primeira equação para obter o valor do coeficiente de atrito.
“Este experimento simples permite determinar o coeficiente de atrito entre duas superfícies e demonstra como a inclinação do plano afeta a força de atrito necessária para manter o objeto em movimento”, sintetiza Selmini.
4) Foguetes de balão – terceira lei de Newton
Desenvolvido pela professora Taís Renata Schaeffer da Silva na dissertação “Uma sequência didática para o estudo das leis de Newton” (2018).
Materiais: barbante, canudinho, balão e fita 16.
Procedimento: corte um pedaço de barbante de aproximadamente 2 metros. Passe o barbante dentro do canudinho. Encha o balão sem amarrar, segurando a saída de ar. Em seguida, posicione dois estudantes segurando a extremidade do fio, de maneira que fique esticado. Fixe com a fita o balão cheio ao canudinho. Após a montagem, libere a saída de ar do balão e observe o movimento dele. Repita o processo, aumentando ou diminuindo a quantidade de ar do balão e observando as diferenças.
Observação: “Relacionar a situação da atividade com o conceito de ação e reação, discutindo com os alunos sobre a diferença entre as forças de ação e de reação”, indica Silva. A professora recomenda trabalhar com os alunos as seguintes perguntas norteadoras: qual mudança observam quando altera a quantidade de ar do balão? Para que lado sai o ar? O balão se movimenta para o mesmo lado da saída de ar? O ar está aplicando uma força? Em quem ele aplica essa força? A partir das discussões pode inferir a seguinte situação-problema: Qual a consequência para um corpo que aplica uma força sobre outro?
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Crédito da imagem: martinedoucet – Getty Images
