Introdução à física/Dinâmica/Leis de Newton/Princípio fundamental da dinâmica

Na segunda lei de Newton (ou lei de princípio fundamental), temos a definição de duas grandezas fundamentais à mecânica: massa e força.

Matéria

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A matéria é formada por átomos, moléculas e íons. Caracteriza-se, principalmente, por ter massa e volume. O estudo mais aprofundado da matéria, é feito pela química.

A massa (m) é a constituição de um corpo. No sistema internacional de medidas, a unidade de massa é o quilograma (kg). Veja na tabela, abaixo, a relação entre quantidade de moléculas e o quilograma de algumas substâncias:

Substância Molécula Quantidade
Glicose C6H12O6 3,3 x 1024
Ácido sulfúrico H2SO4 6,1 x 1024
Água oxigenada H2O2 8,8 x 1024
Sal de cozinha NaCl 1 x 1025
Álcool C2H6O 1,3 x 1025
Gás carbônico CO2 1,3 x 1025
Água H2O 3,3x 1025

Volume

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O volume (V) é o espaço em que um corpo ocupa no espaço. O cálculo do volume dos corpos é feito pela geometria. A unidade padrão do volume é m³.

Densidade

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A densidade (d) é a relação entre massa e volume. Matematicamente:

 

A unidade padrão da densidade é kg/m³.

Força

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Força é o que faz um corpo ter, ou tender a um movimento. No sistema internacional de medidas, a unidade de força é o newton (N). Por definição, 1 N é:

 

Ou seja, um newton é a quantidade de força necessária para mover um objeto de um quilo, por um metro. Sendo assim, é possível calcular a quantidade de newtons pela seguinte fórmula:

 

Em que:

  • F é a força, em newtons;
  • m é a massa, em quilogramas;
  • a é a aceleração, em metros por segundo ao quadrado.

Força peso

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A força peso é uma força que constantemente aparece em problemas físico. Esta força tem sentido vertical e é originada do planeta. É esta a força que nos mantem presos ao chão. Com esta força, considera-se constante a aceleração no sentido vertical, próximo à superfície. Este fato é decorrente de que a massa do planeta é tão grande que a massa do corpo em questão acaba tornando-se desprezível. Um estudo mais detalhado sobre esta força, a gravidade, pode ser visto conforme a força de gravitação.

Aqui no planeta Terra, considera-se a aceleração da gravidade equivalente a 9,8 m/s², mas costuma-se igualá-la a 10. Sendo assim,

 
 
 

Onde:

  • F e P são as forças, em newtons;
  • m é a massa, em quilogramas;
  • a é a aceleração, em metros por segundo ao quadrado.
  • g é a aceleração da gravidade, em metros por segundo ao quadrado.

Observe que, em física, peso se difere do sentido popular da palavra. Na tabela abaixo, você pode conferir o valor para g nos planetas do sistema solar e na lua:

Planetas/Lua g (m/s²)
Mercúrio 3,7
Vênus 8,8
Terra 9,8
Lua 1,6
Marte 3,7
Júpiter 22,9
Saturno 11,4
Urano 11,5
Netuno 11,6

Força normal

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Enquanto que a força peso é a força que Terra exerce em um corpo, a força normal (N) é a força que um corpo exerce sobre a superfície. No caso de a superfície ser plana, esta será contrária à força peso. Em uma superfície plana e sem aceleração gravitacional (isto é, o objeto está em repouso), a força normal é:

 

No caso de a superfície ser inclinada, deve-se realizar a decomposição de vetores.