5.S: Leis do movimento de Newton (resumo)

Termos-chave

dinâmica	estudo de como as forças afetam o movimento de objetos e sistemas
força externa	força atuando em um objeto ou sistema que se origina fora do objeto ou sistema
força	empurrar ou puxar um objeto com uma magnitude e direção específicas; pode ser representado por vetores ou expresso como um múltiplo de uma força padrão
queda livre	situação em que a única força atuando sobre um objeto é a gravidade
diagrama de corpo livre	esboço mostrando todas as forças externas atuando em um objeto ou sistema; o sistema é representado por um único ponto isolado e as forças são representadas por vetores que se estendem para fora a partir desse ponto
Lei de Hooke	em uma mola, uma força de restauração proporcional e na direção oposta ao deslocamento imposto
inércia	capacidade de um objeto de resistir a mudanças em seu movimento
quadro de referência inercial	o quadro de referência que se move a uma velocidade constante em relação a um quadro inercial também é inercial; um quadro de referência acelerando em relação a um quadro inercial não é inercial
lei da inércia	veja a primeira lei do movimento de Newton
força externa líquida	soma vetorial de todas as forças externas que atuam sobre um objeto ou sistema; faz com que uma massa acelere
newton	Unidade de força SI; 1 N é a força necessária para acelerar um objeto com uma massa de 1 kg a uma taxa de 1 m/s ^2
Primeira lei do movimento de Newton	corpo em repouso permanece em repouso ou, se estiver em movimento, permanece em movimento em velocidade constante, a menos que seja acionado por uma força externa líquida; também conhecida como lei da inércia
Segunda lei do movimento de Newton	a aceleração de um sistema é diretamente proporcional e na mesma direção da força externa líquida que atua sobre o sistema e é inversamente proporcional à sua massa
Terceira lei do movimento de Newton	sempre que um corpo exerce uma força sobre um segundo corpo, o primeiro corpo experimenta uma força que é igual em magnitude e oposta em direção à força que ele exerce
força normal	força suportando o peso de um objeto, ou carga, que é perpendicular à superfície de contato entre a carga e seu suporte; a superfície aplica essa força a um objeto para suportar o peso do objeto
tensão	força de tração que atua ao longo de um conector flexível esticado, como uma corda ou cabo
empuxo	força de reação que empurra um corpo para frente em resposta a uma força para trás
peso	força\(\vec{w}\) devida à gravidade atuando sobre um objeto de massa m

Equações-chave

Força externa líquida	$$\ vec {F} _ {net} =\ sum\ vec {F} =\ vec {F} _ {1} +\ vec {F} _ {2} +\ ldots$$
Primeira lei de Newton	$$\ vec {v} = constante\; quando\;\ vec {F} _ {net} =\ vec {0}\; N$$
Segunda lei de Newton, forma vetorial	$$\ vec {F} _ {net} =\ sum\ vec {F} = m\ vec {a} $$
Segunda lei de Newton, forma escalar	$$\ vec {F} _ {net} = ma$$
Segunda lei de Newton, forma de componente	$$\ sum\ vec {F} _ {x} = m\ vec {a} _ {x},\ sum\ vec {F} _ {y} = m\ vec {a} _ {y},\ sum\ vec {F} _ {z} = m\ vec {a} _ {z} $$
Segunda lei de Newton, forma de momentum	$$\ vec {F} _ {net} =\ frac {d\ vec {p}} {dt} $$
Definição de peso, forma vetorial	$$\ vec {w} = m\ vec {g} $$
Definição de peso, forma escalar	$$w = mg$$
Terceira lei de Newton	$$\ vec {F} _ {AB} = -\ vec {F} _ {BA} $$
Força normal em um objeto apoiado em uma superfície horizontal, forma vetorial	$$\ vec {N} = -m\ vec {g} $$
Força normal em um objeto apoiado em uma superfície horizontal, forma escalar	$$N = mg$$
Força normal em um objeto apoiado em um plano inclinado, forma escalar	$$N = mg\ cos\ theta$$
Tensão em um cabo que suporta um objeto de massa m em repouso, forma escalar	$$T = w = mg$$

Resumo

5.1 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).

5.2 Primeira Lei de Newton

• De acordo com a primeira lei de Newton, deve haver uma causa para que qualquer mudança na velocidade (uma mudança na magnitude ou na direção) ocorra. Essa lei também é conhecida como lei da inércia.
• O atrito é uma força externa que faz com que um objeto fique mais lento.
• A inércia é a tendência de um objeto permanecer em repouso ou permanecer em movimento. A inércia está relacionada à massa de um objeto.
• Se a velocidade de um objeto em relação a um determinado quadro for constante, o quadro será inercial. Isso significa que, para um quadro de referência inercial, a primeira lei de Newton é válida.
• O equilíbrio é alcançado quando as forças em um sistema são balanceadas.
• Uma força líquida de zero significa que um objeto está em repouso ou se movendo com velocidade constante; ou seja, não está acelerando.

5.3 Segunda Lei de Newton

• Uma força externa atua em um sistema de fora do sistema, em oposição às forças internas, que agem entre os componentes dentro do sistema.
• 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.

5.4 Massa e peso

• Massa é a quantidade de matéria em uma substância.
• O peso de um objeto é a força líquida sobre um objeto que cai, ou sua força gravitacional. O objeto experimenta aceleração devido à gravidade.
• 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.
• 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.

5.5 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.
• Duas forças iguais e opostas não se cancelam porque atuam em sistemas diferentes.
• 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. Foguetes, aviões e carros são empurrados para frente por uma força de reação de empuxo.
• Escolher um sistema é uma etapa analítica importante para entender a física de um problema e resolvê-lo.

5.6 Forças comuns

• Quando um objeto repousa sobre uma superfície, a superfície aplica uma força ao objeto que suporta o peso do objeto. Essa força de suporte atua perpendicularmente e longe da superfície. Isso é chamado de força normal.
• Quando um objeto repousa sobre uma superfície horizontal não acelerada, a magnitude da força normal é igual ao peso do objeto.
• Quando um objeto repousa em um plano inclinado que forma um ângulo\(\theta\) com a superfície horizontal, o peso do objeto pode ser resolvido em componentes que atuam perpendicularmente e paralelamente à superfície do plano.
• A força de tração que atua ao longo de um conector flexível esticado, como uma corda ou cabo, é chamada de tensão. Quando uma corda suporta o peso de um objeto em repouso, a tensão na corda é igual ao peso do objeto. Se o objeto estiver acelerando, a tensão é maior que o peso e, se estiver desacelerando, a tensão é menor que o peso.
• A força de atrito é uma força experimentada por um objeto em movimento (ou um objeto que tende a se mover) paralelo à interface oposta ao movimento (ou sua tendência).
• A força desenvolvida em uma mola obedece à lei de Hooke, segundo a qual sua magnitude é proporcional ao deslocamento e tem uma sensação na direção oposta ao deslocamento.
• As forças reais têm uma origem física, enquanto as forças fictícias ocorrem porque o observador está em um quadro de referência acelerado ou não inercial.

5.7 Desenhando diagramas de corpo livre

• Para desenhar um diagrama de corpo livre, desenhamos o objeto de interesse, desenhamos todas as forças que atuam sobre esse objeto e resolvemos todos os vetores de força em componentes x e y. Devemos desenhar um diagrama de corpo livre separado para cada objeto no problema.
• 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.

Contribuidores e atribuições

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