Segunda Lei de Newton: o que é e exemplos

A Segunda Lei de Newton é um dos conteúdos de física mais relevantes para o ENEM. Ela faz parte das leis de Newton, conjunto de conceitos integrante da dinâmica, um dos principais assuntos da Mecânica. A importância deste estudo vem das várias aplicabilidades cotidianas que podem ser vivenciadas na prática. Por isso, entender ou reconhecer como uma força age em determinado movimento, por exemplo, é fundamental na dinâmica.

Nosso foco aqui será trabalhar a segunda Lei de Newton, também conhecida como princípio fundamental da Dinâmica, onde estabelecemos que a força resultante que atua em um determinado corpo ou sistema é diretamente proporcional a sua massa e a aceleração adquirida. Cabe relembrar que o pilar fundamental para o desenvolvimento desta lei é o conceito de força que, por se tratar de uma grandeza vetorial, sempre terá um módulo, uma direção e um sentido, além de expor a ideia de interação entre os corpos.

Dito isto, é notória a importância teórica da segunda lei de Newton como também é todo o desenvolvimento matemático que faz parte intrínseca deste conteúdo, já que a grande maioria dos problemas envolvendo a segunda lei de Newton no ENEM trazem, em sua essência, o desenvolvimento da equação fundamental da dinâmica, além dos conceitos das outras duas leis de Newton, a parte de equilíbrio estático ou dinâmico e, ainda, toda a cinemática do movimento estudado anteriormente.

Por fim, iremos reforçar, além de aplicações da segunda lei de Newton na força peso ou em outras forças resultantes, a ideia de impulso e quantidade de movimento formuladas a partir desta lei, onde definimos que é por causa da força resultante aplicada em um corpo que temos mudança na variação da quantidade de movimento, gerando a grandeza física impulso.

Fórmula da Segunda Lei de Newton

Na física, aplicar uma força a um corpo ou sistema é literalmente o ato de puxar ou empurrar, ou seja, é interagir de alguma forma com o corpo ou sistema mudando ou não seu estado de movimento. Como sabemos, as forças podem ser classificadas como de contato, normais, de atrito e tração ou de campo, como é o caso da força gravitacional.

Formulamos a ideia da segunda lei de Newton em uma expressão matemática quando observamos que a ação de uma força, ou de um conjunto delas, é capaz de provocar deformação no corpo ou mudança em seu estado de movimento, variando sua velocidade ou ainda, sendo mais específico, gerando uma certa aceleração.

Temos, portanto:

Pontuamos, novamente, que a força é uma grandeza vetorial, portanto possui módulo,** direção** e sentido, sendo importante lembrar que são apresentadas através do conceito matemático de vetores, por isso, cuidado e atenção ao resolver problemas vetoriais!

Força resultante

Em um corpo ou sistema onde podem ser aplicadas várias forças, como por exemplo, você puxando uma corda e alguém no sentido contrário puxando também. Como sabemos, a resultante deste conjunto de forças é aquela capaz de ser representada por uma única força, sendo assim, por ser uma grandeza vetorial seria a soma vetorial dessas duas forças opostas, nesse caso, portanto, a representatividade sempre será através de um vetor resultante.

Portanto, temos:

Somos capazes de identificar a partir deste conceito e da equação apresentada, que a aceleração será no mesmo sentido da resultante calculada e, por serem diretamente proporcionais, quanto maior a força, maior será a aceleração, e no caso de corpos com massas diferentes, teremos acelerações diferentes para a mesma força aplicada.

Um fato importante é que podemos descrever a segunda lei de Newton a partir do conceito de impulso e quantidade de movimento, temos:

Para a expressão anterior, temos que a força resultante aplicada em um certo intervalo de tempo gera uma mudança na quantidade de movimento.

Força peso

A força peso pode ser observada como uma aplicação da segunda lei de Newton onde, em um objeto caindo em direção a superfície da Terra, por exemplo, temos a força gravitacional, chamada de Peso.

Temos:

Um lembrete importante a partir do conceito apresentado! Massa é diferente de Peso, temos que massa é a quantidade de matéria de um certo objeto, já o Peso é uma força que depende da massa e da aceleração da gravidade local.

Segunda Lei de Newton no Enem

Ficou bastante trivial a importância da segunda lei de Newton e sua proporcionalidade entre as causas e efeitos no movimento, no caso o conceito de força produzindo alteração no estado do movimento gerando a aceleração.

Resolveremos agora uma questão do ENEM aplicada no ano de 2016 que trabalha o conceitos até aqui apresentados, vejamos:

ENEM 2016

Para um salto no Grand Canyon usando motos, dois paraquedistas vão utilizar uma moto cada, sendo que uma delas possui massa três vezes maior. Foram construídas duas pistas idênticas até a beira do precipício, de forma que no momento do salto as motos deixem a pista horizontalmente e ao mesmo tempo. No instante em que saltam, os paraquedistas abandonam suas motos e elas caem praticamente sem resistência do ar.

As motos atingem o solo simultaneamente porque:

A) possuem a mesma inércia.

B) estão sujeitas à mesma força resultante.

C) têm a mesma quantidade de movimento inicial

D) adquirem a mesma aceleração durante a queda.

E) são lançadas com a mesma velocidade horizontal.

O item a da questão afirma que é porque possuem a mesma inércia, o que não poderia ser determinado, já que não temos as velocidades iniciais das motos, portanto o item encontra-se errado.

No item b estão sujeitas à mesma força resultante. Errado também! Pelo fato de a única força agindo sobre os corpos ser o Peso, e como cada objeto possui uma massa distinta seu Pesos serão diferentes.

Para o item c elas têm a mesma quantidade de movimento inicial. Mais uma vez, não teremos como identificar esse valor pois não temos a velocidade inicial.

No caso do item d as motos adquirem a mesma aceleração durante a queda, o que é verdadeiro! Já que a aceleração que irá agir sobre elas é a gravidade.

Por fim, o item e, afirma que são lançadas com a mesma velocidade horizontal, estando errado! Já que o fato possuirmos a velocidade implica em ser possível determinar.