Leis de Newton [Física]

0
233

As três leis do movimento de Sir Isaac Newton, ou apenas três leis de Newton, foram publicadas pela primeira vez em 1687 e continuam a dar uma explicação bastante precisa da natureza (com algumas exceções, como o comportamento das coisas no espaço distante ou dentro dos átomos). Eles representam alguns dos primeiros grandes sucessos da humanidade no uso de fórmulas matemáticas simples para descrever o mundo natural e formar uma teoria física elegante e intuitiva que abriu o caminho para avanços posteriores na física

Essas leis de Newton se aplicam a objetos no mundo real e nos permitiram fazer coisas como simular colisões de carros, navegar em espaçonaves e jogar bilhar muito bem. Quer estejamos conscientes deles ou não, as leis do movimento de Newton estão presentes em quase todas as ações físicas de nossas vidas diárias.

As leis de Newton apareceram pela primeira vez em sua obra-prima, Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (1687), comumente conhecido como Principia. Em 1543, Nicolau Copérnico sugeriu que o Sol, em vez da Terra, poderia estar no centro do universo. Nos anos seguintes, Galileu, Johannes Kepler e Descartes lançaram as bases de uma nova ciência que substituiria a visão de mundo aristotélica herdada dos antigos gregos e explicaria o funcionamento de um universo heliocêntrico. No Principia, Newton criou essa nova ciência. Ele desenvolveu suas três leis para explicar por que as órbitas dos planetas são elipses em vez de círculos, em que ele conseguiu, mas descobriu-se que ele explicou muito mais. A série de eventos de Copérnico a Newton é conhecida coletivamente como a revolução científica.

No século XX, as leis de Newton foram substituídas pela mecânica quântica e a relatividade como as leis mais fundamentais da física. No entanto, as leis de Newton continuam a fornecer uma explicação precisa da natureza, exceto para corpos muito pequenos, como elétrons, ou para corpos que se movem próximo à velocidade da luz. A mecânica quântica e a relatividade reduzem-se às leis de Newton para corpos maiores ou para corpos que se movem mais lentamente.

A Primeira Lei

A primeira lei de Newton afirma que a menos que um corpo (como uma bola de borracha, carro ou planeta) seja influenciado por alguma força, um corpo em movimento tende a permanecer em movimento e um corpo em repouso tende a permanecer em repouso. Este postulado é conhecido como a lei da inércia. 

O que isto significa, praticamente falando, é que uma bola rolando ou outro objeto só retarda por causa de forças como gravidade e fricção. Ainda mais intuitivamente, uma bola em repouso não vai a lugar nenhum a menos que seja dada uma cutucada ou um lance. Dada essa lei, uma bola lançada no vácuo do espaço, teoricamente, continuaria viajando na mesma velocidade enquanto pudesse evitar impactos com corpos celestes e suas forças de gravidade!

A Segunda Lei

A segunda lei de Newton é uma descrição quantitativa das mudanças que uma força pode produzir no movimento de um corpo. Afirma que quando uma força externa atua sobre um corpo, produz uma aceleração (mudança na velocidade) do corpo na direção da força. Este postulado é mais comumente escrito como F  =  ma, onde F (força) e a (aceleração) são ambas grandezas vetoriais e, portanto, têm magnitude e direção, e m(massa) é constante. Embora possa parecer um pouco densa, a segunda lei de Newton é uma das mais importantes em toda a física e, como a primeira lei, também é bastante intuitiva. 

Por exemplo, pense em uma pequena bola de borracha e uma bola de boliche. Para fazê-los rolar juntos na mesma velocidade, você precisaria empurrar com mais força (aplicar mais força) na bola de boliche maior e mais pesada, porque ela tem maior massa. Da mesma forma, se as duas bolas estiverem rolando em uma colina, você pode prever que a bola de boliche vai atingir uma parede com uma força mais prejudicial do que a menor. Isso porque sua força é igual ao produto de sua massa e aceleração.

A Terceira Lei

A terceira lei de Newton afirma que, quando dois corpos interagem, eles aplicam forças umas às outras que são iguais em magnitude e opostas em direção. Isso é comumente chamado de lei de ação e reação (comumente declarado como “toda ação tem uma reação igual e oposta”). Esta ideia é claramente vista no recuo de uma arma: a explosão da bala deixando o cano faz com que a arma se mova rapidamente na direção oposta. 

Um pouco menos intuitivo, mas igualmente verdadeiro, é o fato de que um livro apoiado em uma mesa aplica uma força descendente igual ao seu peso na mesa, e a mesa aplica uma força igual e oposta ao livro. Essa força ocorre porque o peso do livro faz com que a mesa se deforme levemente, empurrando o livro para trás como uma mola enrolada. Se a mesa fosse incapaz de fazê-lo, o peso do livro o quebraria.

Quem Foi Isaac Newton?

Sir Isaac Newton, (nascido em 25 de dezembro de 1642, New Woolsthorpe, Lincolnshire, Inglaterra – morreu em 20 de março [31 de março] de 1727 em Londres), físico e matemático inglês, que foi a figura culminante de a revolução científica do século XVII. Em óptica, sua descoberta da composição da luz branca integrou os fenômenos das cores à ciência da luze lançou as bases para a ótica física moderna. Na mecânica ,Suas três leis do movimento, os princípios básicos da física moderna, resultaram na formulação da lei da gravitação universal. Na matemática, ele foi o descobridor original do cálculo infinitesimal. De Newton Philosophiae Naturalis Principia Mathematica ( Princípios Matemáticos da Filosofia Natural de 1687) foi um dos mais importantes trabalhos individuais na história da ciência moderna.

Nascido na aldeia de Woolsthorpe, Newton era o único filho de um homem local, também Isaac Newton, que morrera três meses antes, e de Hannah Ayscough. Naquele mesmo ano, em Arcetri, perto de Florença, onde Galileu Galilei havia morrido; Newton acabaria por captar sua ideia de uma ciência matemática do movimento e realizar seu trabalho plenamente. Um bebê pequeno e fraco, não se esperava que Newton sobrevivesse ao primeiro dia de vida, muito menos aos 84 anos. 

Privado de pai antes do nascimento, logo perdeu a mãe também, pois em dois anos ela se casou pela segunda vez; seu marido, o ministro abastado Barnabas Smith, deixou o jovem Isaac com a sua avó e mudou-se para uma aldeia vizinha para criar um filho e duas filhas. Por nove anos, até a morte de Barnabé Smith em 1653, Isaac foi efetivamente separado de sua mãe, e suas pronunciadas tendências psicóticas foram atribuídas a esse evento traumático. Que ele odiava seu padrasto, podemos ter certeza. 

Quando ele examinou o estado de sua alma em 1662 e compilou um catálogo de pecados em taquigrafia, ele se lembrou de “Ameaçar meu pai e minha mãe Smith para queimá-los e a casa em cima deles.” O agudo sentimento de insegurança que o deixava obsessivamente ansioso quando O trabalho foi publicado e irracionalmente violento quando ele defendeu acompanhou Newton ao longo de sua vida e pode plausivelmente ser rastreado até seus primeiros anos.

Depois que sua mãe ficou viúva pela segunda vez, ela determinou que seu filho primogênito deveria administrar sua propriedade agora considerável. Rapidamente se tornou aparente, no entanto, que isso seria um desastre, tanto para a propriedade quanto para Newton. Ele não conseguia se concentrar nos assuntos rurais – preparado para observar o gado, ele se enroscava debaixo de uma árvore com um livro. Felizmente, o erro foi reconhecido, e Newton foi enviado de volta para a escola de gramática em Grantham, onde ele já havia estudado, para se preparar para a universidade. Tal como acontece com muitos dos principais cientistas da época, ele deixou para trás em anedotas Grantham sobre sua capacidade mecânica e sua habilidade na construção de modelos de máquinas, tais como relógios e moinhos de vento. Na escola, ele aparentemente ganhou um firme comando do latim, mas provavelmente não recebeu mais do que um punhado de aritmética. Em junho de 1661, ele estava pronto para se matricular no Trinity College, em Cambridge, um pouco mais velho do que os outros alunos de graduação por causa de sua educação interrompida.

Quando Newton chegou a Cambridge, em 1661, o movimento agora conhecido como revolução científica estava bem avançado, e muitas das obras básicas da ciência moderna haviam aparecido. Astrônomos de Copérnico a Kepler elaboraram o sistema heliocêntrico do universo. Galileu havia proposto as fundações de um novo mecânica construída sobre o princípio da inércia. Liderados por Descartes, os filósofos começaram a formular uma nova concepção da natureza como uma máquina intrincada, impessoal e inerte. No entanto, no que diz respeito às universidades da Europa, incluindo Cambridge, tudo isso poderia nunca ter acontecido. Eles continuaram a ser as fortalezas de fora de moda. O aristotelismo, que se apoiava numa visão geocêntrica do universo e lidava com a natureza em termos qualitativos e não quantitativos.

Como milhares de outros alunos de graduação, Newton começou sua educação superior mergulhando no trabalho de Aristóteles. Embora a nova filosofia não estivesse no currículo, estava no ar. Algum tempo durante sua carreira de graduação, Newton descobriu os trabalhos do filósofo natural francês René Descartes e os outros filósofos mecânicos, que, em contraste com Aristóteles, viam a realidade física como composta inteiramente de partículas de matéria em movimento e sustentavam que todos os fenômenos da natureza resultam de sua interação mecânica. Um novo conjunto de notas, que ele intitulou “Quaestiones Quaedam Philosophicae ”(“Certas Questões Filosóficas”), iniciada em algum momento de 1664, usurpou as páginas não utilizadas de um caderno destinado a exercícios escolásticos tradicionais; sob o título ele entrou no slogan “Amicus Plato amicus Aristóteles magis amica veritas” (“Platão é meu amigo, Aristóteles é meu amigo, mas meu melhor amigo é a verdade”). A carreira científica de Newton havia começado.

As “questiones” revelam que Newton havia descoberto a nova concepção da natureza que forneceu a estrutura da revolução científica. Ele dominou completamente os trabalhos de Descartes e também descobriu que o filósofo francês Pierre Gassendi havia revivido o atomismo, um sistema mecânico alternativo para explicar a natureza. Os “Quaestiones” também revelam que Newton já estava inclinado a achar o último uma filosofia mais atraente do que a filosofia natural cartesiana, que rejeitava a existência de partículas indivisíveis finais. As obras do químico do século XVII Robert Boyle forneceu a base para o considerável trabalho de Newton em química. Significativamente, ele leu Henry More, o Platonista de Cambridge, e assim foi apresentado a outro mundo intelectual, a mágica tradição hermética, que procurou explicar fenômenos naturais em termos de conceitos alquímicos e mágicos. As duas tradições da filosofia natural, a mecânica e a hermética, apesar de antitéticas, continuaram a influenciar seu pensamento e, em sua tensão, forneceram o tema fundamental de sua carreira científica.

Embora não tenha registrado isso nas “questiones”, Newton também iniciara seus estudos matemáticos. Ele começou novamente com Descartes, de cujo La Géometrie ele se ramificou na outra literatura de análise moderna com sua aplicação de técnicas algébricas a problemas de geometria. Ele então voltou para o apoio da geometria clássica. Em pouco mais de um ano, ele dominara a literatura; e, seguindo sua própria linha de análise, ele começou a se mudar para um novo território. Ele descobriu o teorema binomial, e ele desenvolveu o cálculo, uma forma mais poderosa de análise que emprega considerações infinitesimais para encontrar as inclinações de curvas e áreas sob curvas.

Em 1669, Newton estava pronto para escrever um tratado resumindo seu progresso, De Analysi per Aequationes Numeri Terminorum Infinitas (“Em Análise por Série Infinita”), que circulou em manuscrito através de um círculo limitado e fez seu nome conhecido. Durante os dois anos seguintes, ele revisou-o como De methodis serierum et fluxionum (“Nos Métodos de Séries e Fluxões ”). A palavra fluxions, a rubrica privada de Newton, indica que o cálculo nasceu. Apesar do fato de que apenas alguns poucos sábios estavam cientes da existência de Newton, ele havia chegado ao ponto em que se tornara o principal matemático da Europa.

Leis de Newton [Física]
5 (100%) 2 votos

Receba nossas atualizações grátis!

Comente