A primeira Lei de Newton é um dos conceitos cobrados nos principais vestibulares do país e na prova do Enem. A Introdução às Leis de Newton apresenta alguns termos e explicações importantes para entender a teoria elaborada por Issac Newton. Confira o conteúdo e boas provas.
Uma partícula está em equilíbrio quando o seu vetor velocidade é constante.
Não
esqueça que, para que um vetor seja constante, ele deve ter sempre a mesma direção, o mesmo sentido e o mesmo módulo.
Na natureza você vai encontrar um número muito grande de situações nas quais podemos analisar o vetor velocidade, porém em apenas duas o vetor velocidade será constante: quando a partícula estiver em repouso ou em movimento retilíneo uniforme.
Conceito de equilíbrio estático
O EQUILÍBRIO ESTÁTICO ocorre quando a partícula está em
repouso. Neste caso, o vetor velocidade é zero ($$$\overrightarrow{v} = \overrightarrow{0}\overrightarrow{v} = \overrightarrow{0}$$$) e o vetor aceleração também é zero ( $$$\overrightarrow{a} = \overrightarrow{0}\overrightarrow{a} = \overrightarrow{0}$$$).
Pense na seguinte situação: uma partícula é lançada verticalmente para cima. No ponto mais alto da trajetória a partícula está em equilíbrio estático?
Não. Embora o vetor velocidade naquele
ponto seja zero (a partícula parou), o vetor aceleração naquele ponto não é zero (é igual ao vetor aceleração da gravidade local).
Cuidado! Uma partícula parada não está necessariamente em equilíbrio. Para que uma partícula parada esteja em equilíbrio, ela deverá estar parada ( $$$\overrightarrow{v} = \overrightarrow{0}\overrightarrow{v} = \overrightarrow{0}$$$) e permanecer parada ($$$\overrightarrow{a} = \overrightarrow{0}\overrightarrow{a} =
\overrightarrow{0}$$$ ).
Conceito de equilíbrio dinâmico
O EQUILÍBRIO DINÂMICO ocorre quando a partícula está em movimento retilíneo uniforme, isto é, o vetor velocidade é constante e diferente de zero ( $$$\overrightarrow{v}\overrightarrow{v}$$$≠ $$$\overrightarrow{0}\overrightarrow{0}$$$ e constante) e o vetor aceleração é zero ($$$\overrightarrow{a} = \overrightarrow{0}\overrightarrow{a} =
\overrightarrow{0}$$$).
Aplicação 1
Atira-se uma pedra verticalmente para cima. Assinale a opção que representa corretamente a velocidade da pedra e a força que atua sobre ela atua, no ponto mais alto da trajetória.
No ponto mais alto da trajetória a velocidade é nula ($$$\overrightarrow{v} = \overrightarrow{0}\overrightarrow{v} = \overrightarrow{0}$$$), porém atua sobre a partícula o seu peso,
isto é, uma força vertical orientada de cima para baixo. Logo, a resposta correta é a letra E.
A inércia é uma propriedade geral da matéria pela qual uma partícula, na ausência de forças ou submetida a uma força resultante nula, permanece em equilíbrio.
Quando uma partícula está em repouso, a sua tendência é continuar em repouso e, se ela está em movimento retilíneo uniforme, a sua tendência é continuar com este movimento.
Aplicação
2
Um objeto está em repouso suspenso ao teto de uma sala por meio de dois fios ideais, como mostra a figura abaixo.
A força resultante $$$\overrightarrow F\overrightarrow
F$$$ que age sobre o objeto é representada por:
O texto afirma que o objeto está em repouso, logo a força resultante que atua sobre ele é igual a zero. Sendo assim, a resposta é a
letra E.
Aplicação 3
Uma partícula está submetida à ação de três forças coplanares. Assinale, dentre as opções abaixo, aquela em que a partícula em questão está em repouso ou em movimento retilíneo uniforme em um referencial inercial. (Os comprimentos das setas são proporcionais aos módulos das forças que elas representam).
De acordo com o texto, a partícula está em equilíbrio e, como consequência, a força resultante que atua sobre ela deverá ser nula, o que ocorre na opção D.
Aplicação 4
Um
paraquedista, cujo peso é 800 newtons, desce com velocidade vetorial constante de 8,0 m/s. Determine a direção, o sentido e o módulo da força exercida sobre o corpo do paraquedista pelos tirantes do paraquedas.
Neste caso, o paraquedista está em equilíbrio dinâmico e a força resultante que atua sobre ele vale zero.
Para baixo vai atuar o peso do paraquedista de módulo 800 N e para cima a força exercida sobre o corpo do paraquedista pelos tirantes do paraquedas que deverá
ser de 800 N. Logo, a força exercida sobre o corpo do paraquedista pelos tirantes do paraquedas deverá ser vertical, orientada de baixo para cima e de módulo 800 N.
Aplicação 5
UFRJ - A figura ao lado mostra um alpinista de massa igual a 70 kg escalando uma fenda estreita em uma montanha. No instante considerado o alpinista encontra-se em repouso.
Calcule o módulo e indique a direção e o sentido da resultante das forças exercidas pelas paredes da fenda sobre o alpinista. Considere g = 10 m/s$$$^2^2$$$.
Neste caso, o
alpinista está em equilíbrio estático e a força resultante que atua sobre ele vale zero.
Para baixo vai atuar o peso do alpinista de módulo 700 N e para cima a resultante das forças exercidas pelas paredes da fenda sobre o alpinista que deverá ser de 700 N. Logo, resultante das forças exercidas pelas paredes da fenda sobre o alpinista que deverá ser de 700 N, direção vertical e orientada de baixo para cima.
Aplicação 6
Três blocos de madeira estão
empilhados sobre uma mesa horizontal.
Puxando-se o bloco do meio horizontalmente, observa-se que o conjunto dos três blocos anda com velocidade constante. O dinamômetro indica 2,0 N. Quais são
as forças horizontais exercidas sobre cada um dos blocos?
De acordo com o texto, o bloco está em equilíbrio dinâmico e, como consequência, a força resultante que atua sobre ela deverá ser nula o que
somente ocorre na opção B.
Aplicação 7
Considere um helicóptero movimentando-se no ar em três situações diferentes:
(I) subindo verticalmente com velocidade constante;
(II) descendo verticalmente com velocidade constante;
(III) deslocando-se horizontalmente para a direita com velocidade constante.
A resultante das forças exercidas pelo ar sobre o helicóptero, em cada uma dessas situações, é corretamente representada por:
Observe que nas três situações propostas o helicóptero está em equilíbrio dinâmico, isto é, a força resultante que atua sobre ele é nula.
Sobre o helicóptero atua o seu peso que é uma força vertical
orientada de cima para baixo e resultante das forças exercidas pelo ar sobre o helicóptero. Para que a força resultante seja zero a resultante das forças exercidas pelo ar sobre o helicóptero deverá ser vertical orientada de baixo para cima e de módulo igual ao peso do helicóptero. Logo a resposta correta é a letra A.