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5: Leis do movimento de Newton

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    Ao atravessar uma ponte, você espera que ela permaneça estável. Você também espera acelerar ou diminuir a velocidade do seu carro em resposta às mudanças no trânsito. Em ambos os casos, você lida com forças. As forças na ponte estão em equilíbrio, então ela permanece no lugar. Em contraste, a força produzida pelo motor do seu carro causa uma mudança no movimento. Isaac Newton descobriu as leis do movimento que descrevem essas situações. As forças afetam cada momento da sua vida. Seu corpo é mantido na Terra pela força e mantido unido pelas forças das partículas carregadas. Quando você abre uma porta, anda pela rua, levanta o garfo ou toca no rosto de um bebê, você está aplicando forças. Ampliando mais profundamente, os átomos do seu corpo são mantidos juntos por forças elétricas, e o núcleo do átomo, chamado núcleo, é mantido unido pela força mais forte que conhecemos: a força nuclear forte.

    • 5.1: Prelúdio às Leis do Movimento de Newton
    • 5.2: Forças
      A dinâmica é o estudo de como as forças afetam o movimento dos objetos, enquanto a cinemática simplesmente descreve a forma como os objetos se movem. Força é um empurrão ou tração que pode ser definido em termos de vários padrões e é um vetor que tem magnitude e direção. Forças externas são quaisquer forças externas que atuam em um corpo. Um diagrama de corpo livre é um desenho de todas as forças externas que atuam sobre um corpo. A unidade de força do SI é o newton (N).
    • 5.3: Primeira Lei de Newton
      De acordo com a primeira lei de Newton (a lei da inércia), deve haver uma causa para que qualquer mudança na velocidade (uma mudança na magnitude ou na direção) ocorra. A inércia está relacionada à massa de um objeto. Se a velocidade de um objeto em relação a um determinado quadro for constante, então o quadro é inercial e a primeira lei de Newton é válida. Uma força líquida de zero significa que um objeto está em repouso ou se movendo com velocidade constante; ou seja, não está acelerando.
    • 5.4: Segunda Lei de Newton
      A segunda lei do movimento de Newton diz que a força externa líquida sobre um objeto com uma certa massa é diretamente proporcional e na mesma direção da aceleração do objeto. A segunda lei de Newton também pode descrever a força líquida como a taxa instantânea de mudança de momentum. Assim, uma força externa líquida causa aceleração diferente de zero.
    • 5.5: Massa e peso
      Distinções cuidadosas devem ser feitas entre queda livre e ausência de peso usando a definição de peso como força devida à gravidade atuando sobre um objeto de determinada massa. Alguma força de resistência ascendente do ar atua em todos os objetos que caem na Terra, então eles nunca poderão realmente estar em queda livre.
    • 5.6: Terceira Lei de Newton
      A terceira lei do movimento de Newton representa uma simetria básica na natureza, com uma força experimentada igual em magnitude e oposta em direção a uma força exercida. Os pares de ação e reação incluem um nadador empurrando uma parede, helicópteros criando sustentação empurrando o ar para baixo e um polvo se impulsionando para frente ejetando água de seu corpo. Escolher um sistema é uma etapa analítica importante para entender a física de um problema e resolvê-lo.
    • 5.7: Forças comuns
      Quando um objeto repousa sobre uma superfície horizontal não acelerada, a magnitude da força normal é igual ao peso do objeto. Em um plano inclinado, o peso do objeto pode ser resolvido em componentes que atuam perpendicularmente e paralelamente à superfície do plano. Quando uma corda suporta o peso de um objeto em repouso, a tensão na corda é igual ao peso do objeto. A força desenvolvida em uma primavera obedece à lei de Hooke.
    • 5.8: Desenhando diagramas de corpo livre
      Um diagrama de corpo livre é um meio útil de descrever e analisar todas as forças que atuam em um corpo para determinar o equilíbrio de acordo com a primeira lei de Newton ou a aceleração de acordo com a segunda lei de Newton. Para desenhar um diagrama de corpo livre, desenhe o objeto de interesse, desenhe todas as forças que atuam sobre esse objeto e resolva todos os vetores de força em componentes x e y.
    • 5.E: Leis do movimento de Newton (exercícios)
    • 5.S: Leis do movimento de Newton (resumo)

    Miniatura: A Ponte Golden Gate, uma das maiores obras da engenharia moderna, foi a maior ponte suspensa do mundo no ano em que foi inaugurada, 1937. Ainda está entre as 10 pontes suspensas mais longas até o momento em que este livro foi escrito. Ao projetar e construir uma ponte, qual física devemos considerar? Quais forças atuam na ponte? Quais forças impedem a queda da ponte? Como as torres, os cabos e o solo interagem para manter a estabilidade?