Qual a relação entre movimento uniforme e a primeira lei de Newton?

Na física, a mudança na posição de um objeto em relação ao seu entorno em um determinado intervalo de tempo é definida como movimento. O movimento de um corpo com massa m pode ser descrito em termos matemáticos como distância, deslocamento, velocidade, velocidade, tempo e aceleração. Com base nas observações do experimento de Galileu Galilei, Newton apresentou três leis do movimento. Essas leis são conhecidas como Leis do Movimento de Newton. Antes, explicando as Leis do movimento de Newton, discuta alguns termos básicos como força, tipos de forças, inércia como:

Força

É definido como um empurrão ou puxão de um objeto que produz uma aceleração no corpo sobre o qual atua. Uma força pode mudar a velocidade, a direção e a forma do corpo sobre o qual atua. 

Matematicamente, é definido como o produto da massa (m) e da aceleração (a) como:

F = ma

A unidade de força do SI é Newton (N) .

Principalmente, existem dois tipos de forças: forças equilibradas e desequilibradas.

• Forças equilibradas: As forças são consideradas forças equilibradas se anularem uma à outra e sua força resultante for equivalente a zero.
• Forças desequilibradas: quando duas forças opostas atuando em um corpo, movem um corpo na direção da maior força ou forças que trazem um movimento em um corpo são chamadas de forças desequilibradas.

Inércia

A tendência natural de um objeto de resistir a uma mudança em seu estado de repouso ou de movimento uniforme é chamada de inércia .

Leis do Movimento de Newton

Sir Isaac Newton deu as três leis do movimento no século XVII. Essas leis são amplamente utilizadas no campo da mecânica clássica. Eles são válidos em quase todos os lugares. As leis são resumidas a seguir.

A 1ª lei de Newton afirma que um corpo em repouso ou movimento uniforme continuará em repouso ou movimento uniforme até e a menos que uma força externa efetiva atue sobre ele.

A 2ª lei de Newton afirma que a aceleração de um objeto produzida por uma força resultante é diretamente proporcional à magnitude da força resultante, na mesma direção da força resultante e inversamente proporcional à massa do objeto.

A 3ª lei de Newton afirma que para cada ação há uma reação igual e oposta.

Aqui no presente artigo, apenas a primeira lei do movimento é explicada adequadamente. Esta lei fala sobre a relação entre o movimento de um objeto e a força que age sobre ele.

Primeira Lei do Movimento de Newton

A primeira lei do movimento afirma que um corpo continua em estado de repouso ou movimento uniforme em linha reta, a menos que seja influenciado por uma força externa desequilibrada. É também chamada de Lei da Inércia .

Em palavras simples, podemos dizer que os objetos não podem iniciar, parar ou mudar de direção por conta própria. Eles requerem alguma força externa para causar tal mudança. Essa tendência dos objetos de resistir a certas mudanças em seu estado de movimento ou repouso é conhecida como inércia. 

A primeira lei do movimento depende das duas condições a seguir:

• Objetos em repouso: Se um objeto está no estado de repouso, sua velocidade e aceleração têm magnitude zero. Isso permite que o objeto fique em repouso.
• Objetos em movimento: Se um objeto está em movimento, sua velocidade não é igual a zero, enquanto a aceleração é igual a zero. Portanto, o objeto continuará em movimento uniforme.

Como a primeira lei do movimento de Newton é aplicável na vida cotidiana?

• Quando os freios de um veículo são acionados rapidamente, o passageiro será lançado para frente devido à presença de inércia. A inércia tenta manter o passageiro em movimento. Por isso, é recomendável usar o cinto de segurança nas viagens de veículos.
• Uma montanha-russa usa o princípio da inércia. Ele continua a se mover na mesma direção a uma velocidade constante até que as esteiras atuem como uma força externa que muda sua direção. 
• Se você deslizar um disco de hóquei no gelo, eventualmente ele irá parar. Isso ocorre por causa do atrito no gelo ou se bater em algo, como o taco de um jogador ou a trave. 
• Um livro sobre a mesa permanece em repouso enquanto nenhuma força resultante atuar sobre ele.
• Um corredor de maratona continua a correr vários metros além da linha de chegada devido à inércia.
• Se puxada rapidamente, uma toalha de mesa pode ser removida por baixo dos pratos. Os pratos permanecem parados, a menos que o atrito com o movimento da toalha de mesa não seja muito grande.
• Os homens no espaço acham mais difícil parar de se mover por causa da falta de gravidade agindo contra eles.
• A inércia permite que os patinadores deslizem no gelo em um movimento em linha reta.

Problemas de amostra 

Problema 1: Uma pessoa está em um elevador que se move para cima a uma velocidade constante. O peso da pessoa é de 800 N. Imediatamente, a string do elevador se rompeu, e o elevador caiu. Determine a força normal exercida pelo andar do elevador para a pessoa um pouco antes e depois que a string do elevador se rompeu.

Solução:

Dado que, 

O peso da pessoa, W = 800 N.

Antes que a string do elevador se partisse:

Quando a pessoa está no elevador, o peso atua sobre a pessoa para baixo. Uma força normal atua na pessoa para cima e a magnitude da força normal é igual ao peso. Como a pessoa está em repouso no elevador e o elevador se move a uma velocidade constante, sem aceleração, não há força resultante atuando sobre a pessoa.

∑F = 0

N - w = 0

N = w

N = 800 N

Depois que a string do elevador quebrou:

O elevador e a pessoa caem em queda livre juntos, onde a magnitude e a direção de sua aceleração (a) é igual à aceleração devido à gravidade (g). Não há força normal sobre a pessoa.

Conseqüentemente, a força normal atuada pelo piso do elevador para a pessoa imediatamente antes e depois da quebra da string do elevador são 800 N e 0 N, respectivamente.

Problema 2: Qual força resultante é necessária para manter um objeto de 100 kg se movendo a uma velocidade constante de 10 m / s?

Solução:

A primeira lei de Newton afirma que um objeto em movimento tende a permanecer em movimento, a menos que seja influenciado por uma força resultante. Isso significa que, se o atrito não estiver presente, não há força resultante necessária para manter um objeto em movimento se ele estiver em movimento. 

Uma rede de força é necessária apenas para alterar o movimento de um objeto. O objeto de 100 kg está se movendo a uma velocidade constante, ou seja, não há força resultante atuando sobre o objeto. 

Portanto, a força resultante é igual a 0 N.

Problema 3: Uma pessoa está viajando em um avião a uma velocidade constante de 500 mph. Outra pessoa está viajando em seu carro a uma velocidade constante de 80 km / h. Determinar quem experimenta uma aceleração maior em ambos os casos?

Solução:

Como ambas as pessoas estão viajando a uma velocidade constante, a aceleração de ambas é zero. 

Assim, nenhuma das pessoas experimenta qualquer aceleração. 

Como a aceleração é zero, não há força resultante atuando em ambas as pessoas.

Problema 4: Um passageiro em um elevador tem uma massa que exerce uma força de 110N para baixo. Ele experimenta uma força normal para cima do andar do elevador de 130N. Em que direção ele está acelerando, se é que está acelerando, e a que taxa? Use g = 10 m / s 2

Solução:

Aqui, a força resultante é igual a (130 - 120) N = 20N para cima. 

Para encontrar a massa do passageiro, use a seguinte fórmula:

F = mg

m = 110 N / 10 m / s 2 

    = 11kg

Então, para encontrar a aceleração líquida, use a segunda lei de Newton.

F = ma

a = 20N / 11kg

  = 1,81 m / s 2

Problema 5: uma nave espacial de 1500 kg viaja no vácuo do espaço a uma velocidade constante de 600 m / s. Ignorando quaisquer forças gravitacionais, qual é a força resultante na espaçonave?

Solução:

No vácuo, não há atrito devido à resistência do ar. A primeira lei de Newton afirma que um objeto em movimento permanece em movimento, a menos que seja influenciado por uma força resultante. Assim, a espaçonave viajará a uma velocidade constante de 600 m / se a força resultante na espaçonave deve ser zero, pois a aceleração também é zero. 

Desde a, 

F = ma

Portanto,

F = (1500kg) (0m / s 2 )

  = 0 N.

Problema 6: uma bola rola da traseira de um trem a 80 km / h. Desconsiderando o atrito do ar, qual é a velocidade horizontal da bola antes de atingir o solo?

Solução:

A primeira lei de Newton afirma que um objeto em movimento tende a permanecer em movimento, a menos que seja influenciado por uma força externa. 

Desprezando o atrito do ar, não há força externa para desacelerar a bola na direção horizontal depois que ela cai do trem. 

A aceleração da gravidade afetaria apenas a bola na direção vertical. 

Portanto, a velocidade horizontal da bola é de 50 mph.

Problema 7: uma van está circulando com uma bola de boliche nas costas, livre para rolar. A van se aproxima de um sinal vermelho e deve desacelerar para parar completamente. Enquanto a van está diminuindo a velocidade, em que direção a bola de boliche está rolando?

Solução:

De acordo com a Primeira Lei do Movimento de Newton, um objeto que está em movimento permanecerá em movimento, a menos que seja acionado por outra força. 

Quando a van diminui, a bola vai querer continuar avançando, e o atrito entre ela e o chão da van não é forte o suficiente para manter a bola para trás. 

Então, a bola de boliche rola para a frente da van.

Qual a relação entre movimento uniforme é a primeira lei de Newton?

Como a primeira lei de Newton do movimento se relaciona com o conceito da inércia de Galileu?

Qual é a relação entre o conceito de inércia devido a Primeira Lei de Newton e a massa de um corpo?

Qual a relação entre a quantidade de movimento e a segunda lei de Newton?