Leis de Newton, peso, normal e força de atrito
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Resumo
Essência. As três leis de Newton descrevem como forças alteram o movimento. O atrito pneu-pista permite acelerar, frear e fazer curva — contexto natural da PRF.
- 1ª lei (inércia): F_R = 0 ⇔ repouso ou MRU; velocidade constante não exige força. Cinto e encosto de cabeça protegem da inércia.
- 2ª lei: F_R = m·a, mesma direção e sentido.
- 3ª lei: mesmo módulo e direção, sentidos opostos, em corpos diferentes → não se anulam. Ex.: o pneu empurra o asfalto para trás e o asfalto empurra o carro para a frente.
- Peso P = mg; normal perpendicular à superfície (no plano horizontal, N = P).
- Atrito estático: vale o necessário até o teto μₑN. Cinético: μ_cN, com μ_c < μₑ.
- Plano inclinado: P∥ = P·sen θ; N = P·cos θ.
- Frenagem só por atrito: a = μg, independe da massa.
- Método: forças sobre um corpo; some por eixo; iguale a m·a.
Exceções e distinções. 1.200 kg, μₑ = 0,6 → atrito máximo 7.200 N. 60 N em 20 kg → 3 m/s². μ = 0,6 → frenagem de 6 m/s².
Pegadinha Cebraspe. "Ação e reação se anulam" → errado: atuam em corpos diferentes.
Lembre também: "corpo em movimento exige força resultante" é errado; usar massa no lugar do peso em μN; atrito estático nem sempre vale μₑN.
Visão geral
As três leis de Newton descrevem como forças alteram o movimento. O atrito entre pneu e pista é a força que permite acelerar, frear e fazer curva — contexto natural de prova PRF.
Regra
Ver íntegra
- 1ª lei (inércia): F_R = 0 ⇔ repouso ou MRU. Velocidade constante não exige força.
- 2ª lei: F_R = m·a (vetorial; a tem a direção de F_R). Ex.: 600 N sobre 1.200 kg → a = 0,5 m/s².
- 3ª lei (ação e reação): forças de mesmo módulo, mesma direção, sentidos opostos, em corpos diferentes (não se anulam).
- Peso: P = m·g. Normal: perpendicular à superfície; em plano horizontal sem outras forças verticais, N = P.
- Atrito estático máximo: F_at,máx = μₑ·N (antes de deslizar; o atrito estático vale o necessário até esse teto). Ex.: 1.000 kg com μₑ = 0,7 → até 7.000 N.
- Atrito cinético: F_at = μ_c·N (em deslizamento; μ_c < μₑ).
- Plano inclinado (θ): P∥ = P·sen θ; N = P·cos θ. Ex.: P = 100 N e θ = 30° → P∥ = 50 N.
Método
- Desenhe as forças sobre um corpo.
- Some por eixo; iguale a m·a.
- Cheque se o atrito é estático (sem deslizar) ou cinético.
Pontos-chave
Exemplos resolvidos
- 1.200 kg, μₑ = 0,6, g = 10: F_at,máx = 0,6 × 12.000 = 7.200 N.
- F_R = 60 N, m = 20 kg: a = 3 m/s² (não 4).
- Freando só com atrito: a = μ·g → com μ = 0,6, a = 6 m/s² (independe da massa).
Aprofundamento
Três leis
- Inércia: sem força resultante, o corpo mantém repouso ou MRU (cinto de segurança e encosto de cabeça protegem da inércia).
- Princípio fundamental: F_R = m·a (força resultante e aceleração têm a mesma direção e sentido).
- Ação e reação: forças de mesma intensidade e direção, sentidos opostos, em corpos diferentes (por isso não se anulam).
Forças usuais
- Peso P = m·g (vertical, para baixo). Normal N: perpendicular à superfície (em plano horizontal sem outras forças verticais, N = P). Tração em fios.
- Atrito: estático (impede o início do movimento, até μₑ·N) e cinético f = μc·N (μc < μₑ — por isso é mais fácil manter um móvel em movimento do que tirá-lo do repouso; freio ABS evita o travamento para aproveitar o atrito estático, maior).
- Plano inclinado (ângulo θ): componente do peso paralela = P·sen θ; perpendicular = P·cos θ = N.
- Elástica (Hooke): F = k·x.
Exemplo: caminhão de 10 t freia com força resultante de 40.000 N: a = 40.000/10.000 = 4 m/s².
Exemplo (plano): bloco de 20 kg num plano de 30° sem atrito: a = g·sen 30° = 5 m/s²; normal = 200·cos 30° ≈ 173 N.
Como a banca cobra
- "Corpo em movimento exige força resultante": errado (1ª lei, MRU).
- Ação e reação "se anulam": errado (atuam em corpos diferentes).
- Detalhe que torna o item errado: usar massa no lugar de peso em μ·N, ou tratar o atrito estático como sempre igual a μₑN.
Revisão rápida
- F_R = 0 → repouso ou MRU.
- F_R = m·a.
- Ação/reação: corpos diferentes.
- P = mg; no plano horizontal N = P.
- F_at,máx = μₑN; cinético μ_cN.
- Frenagem por atrito: a = μg.
Referência
Mapa mental
1ª lei (inércia)
- Resultante nula: repouso ou MRU
- Cinto e encosto de cabeça
2ª lei
- F resultante = m·a
3ª lei
- Ação e reação em corpos diferentes
- Não se anulam
Forças
- Peso: P = mg
- Normal: perpendicular à superfície
- Plano inclinado: P sen θ; N = P cos θ
Atrito
- Estático: até μₑN
- Cinético: μcN, com μc < μₑ
- Frenagem só por atrito: a = μg
Método
- Forças sobre um corpo
- Somar por eixo
⚠️ Pegadinha
- Ação e reação se anulam → errado
Questão 1, Certo ou Errado
Um veículo de massa 1.200 kg trafega sobre uma pista horizontal cujo coeficiente de atrito estático entre os pneus e o asfalto é 0,6. Considerando g=10 m/s², a força de atrito máxima que a pista pode exercer sobre esse veículo, impedindo o deslizamento, é igual a 7.200 N.
Revelar gabarito
Gabarito: Certo
Certo. Em pista horizontal a normal iguala o peso, de modo que a força de atrito estático máxima é Fat = μ × m × g = 0,6 × 1.200 × 10 = 7.200 N.
Questão 2, Certo ou Errado
Um bloco de 20 kg é puxado horizontalmente por uma força resultante de 60 N sobre uma superfície sem atrito. Nessa situação, a aceleração adquirida pelo bloco é igual a 4 m/s².
Revelar gabarito
Gabarito: Errado
Errado. Pela 2ª lei de Newton, a = F/m = 60/20 = 3 m/s², e não 4 m/s² como afirma o item.
- Revelar resposta
Enuncie a 2ª Lei de Newton.
FR = m·a — a força resultante sobre um corpo é proporcional à sua massa e à aceleração adquirida.
- Revelar resposta
Como calcular a força de atrito estático máxima?
= μₑ·N; em plano horizontal sem outras forças verticais, N = P = m·g. Pegadinha: usar a massa (kg) no lugar do peso (N) na normal.
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No MHS x(t) = A·cos(ωt + φ), qual é a força resultante sobre o corpo?
Derivando duas vezes: a(t) = −ω²·x(t). Pela 2ª lei, F = m·a = −m·ω²·x (força restauradora, sentido oposto ao deslocamento). Ex.: m = 1 kg, ω = 3π → F = −(3π)²·x.
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Referencial inercial: um referencial que se move com velocidade constante em relação a outro inercial também é inercial? Que aceleração um corpo terá nele?
Sim. Referenciais em MRU entre si são todos inerciais; neles as acelerações são iguais (velocidades relativas se somam, mas a aceleração não muda). Corpo com velocidade constante num inercial tem aceleração nula em qualquer outro inercial.
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O que é equilíbrio mecânico? Corpo com velocidade constante está em equilíbrio?
Equilíbrio ⇔ força resultante nula (estático: repouso; dinâmico: MRU). Velocidade constante em linha reta → resultante zero → equilíbrio. Resultante constante e não nula (ex.: só o peso num lançamento) → não há equilíbrio.
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Massa × peso: o que muda da Terra para a Lua? E o peso de 1 kg de materiais diferentes?
Massa (kg) é propriedade do corpo — igual em qualquer lugar (balança de pratos mede o mesmo). Peso P = m·g muda com g. Massas iguais no mesmo local → pesos iguais, qualquer que seja o material ou o volume (1 kg de ouro pesa o mesmo que 1 kg de prata).
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3ª lei (ação e reação): peso e normal formam um par ação-reação? Qual é a reação ao peso?
Não. Ação e reação agem em corpos diferentes. Peso e normal agem no mesmo corpo (podem até ter módulos diferentes). Reação ao peso (Terra puxa o corpo) = o corpo puxa a Terra com força gravitacional de mesmo módulo e sentido oposto.
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1ª lei (inércia): o que acontece com um passageiro solto quando o carro freia, acelera ou faz curva?
O corpo tende a manter sua velocidade (em relação ao solo): no freio "vai para frente", na arrancada "vai para trás", na curva "sai pela tangente". Não há força empurrando-o; é o carro que muda de velocidade. Galileu formulou a inércia; Newton a transformou na 1ª lei.
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O atrito é uma força fundamental da natureza?
Não. As fundamentais são: gravitacional, eletromagnética, nuclear forte e nuclear fraca. Atrito, normal e tração são manifestações macroscópicas da força eletromagnética.
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Como calcular o atrito cinético sobre um corpo que desliza numa superfície horizontal?
= ·N, oposto à velocidade relativa. Em superfície horizontal sem outras forças verticais, N = P. Ex.: P = 10 N, μ = 1/2 → f = 5 N (não 10 N).
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Corpo parado sobre uma rampa sem atrito, prestes a descer: a força resultante é igual ao peso m·g?
Não. A normal equilibra a componente m·g·cos θ; a resultante é a componente tangencial m·g·sen θ, ao longo da rampa. Só é igual a m·g (módulo, direção e sentido) se não houver contato — queda livre ou parede vertical.
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