Lista 1 — As Três Leis de Newton
Inércia, força e aceleração, ação e reação

Você empurra um armário pelo chão da sala. Enquanto empurra, ele anda; assim que você para de empurrar, ele para. Um colega conclui: "está provado, para um corpo se manter em movimento é preciso uma força agindo o tempo todo sobre ele". Essa é, em essência, a explicação que Aristóteles daria.

1. Explique por que essa conclusão parece funcionar tão bem no dia a dia.
2. Diga o que, de fato, faz o armário parar.
3. Descreva o que aconteceria com o armário se essa causa pudesse ser eliminada por completo.

Galileu soltava esferas por uma rampa e as observava subir por outra. Notou que a esfera chegava sempre perto da altura de onde havia partido, e que quanto mais deitada a segunda rampa, maior a distância que ela percorria para alcançar essa mesma altura. Descreva a conclusão a que ele chegou ao imaginar a segunda rampa perfeitamente horizontal. Explique por que essa conclusão não podia ser tirada da observação direta de nenhum experimento real, e o que Galileu precisou fazer para chegar até ela.

Você arremessa uma bola verticalmente para cima. Ela sobe, vai ficando cada vez mais lenta, para por um instante no ponto mais alto e então desce. Desprezando a resistência do ar:

1. Liste todas as forças que agem sobre a bola enquanto ela sobe, dizendo quem exerce cada uma.
2. Explique por que ela para de subir.
3. Responda ao colega que afirma que "a força do arremesso vai se gastando até acabar, e é por isso que a bola desce".
4. Diga o que acontece com a força sobre a bola exatamente no ponto mais alto, onde a velocidade é nula.

Um passageiro viaja em pé num ônibus, sem se segurar em nada. Descrevendo a cena do ponto de vista de quem está parado na calçada, explique o que acontece com o corpo dele quando o ônibus arranca e quando ele freia bruscamente. Em seguida, explique qual é a função do cinto de segurança num carro: que força ele aplica, em que sentido, e por que ela é necessária.

Num truque conhecido, puxa-se a toalha de uma mesa posta com um movimento muito rápido e os pratos quase não saem do lugar. Uma versão mais simples usa um cartão apoiado sobre a boca de um copo, com uma moeda em cima: um peteleco arremessa o cartão para longe e a moeda cai dentro do copo. Explique o que os dois truques têm em comum. Na sua resposta, diga se existe ou não força de atrito agindo sobre os pratos e sobre a moeda, e explique por que a rapidez do movimento é decisiva para que o truque funcione.

Uma sonda espacial, longe de qualquer astro, desliga os motores e continua em linha reta com velocidade constante, indefinidamente. Na Terra, um carrinho empurrado sobre o chão sempre acaba parando. As duas situações parecem opostas, mas são descritas pela mesma lei. Explique por quê. Diga também o que precisaria acontecer no chão da sala para que o carrinho passasse a se comportar como a sonda.

Num carro que faz uma curva fechada para a esquerda, os passageiros se sentem "jogados" contra a porta da direita, e é comum dizer que uma força centrífuga os empurrou para fora da curva. Descreva a mesma cena do ponto de vista de alguém parado na calçada. Na sua descrição, identifique qual corpo de fato empurra o passageiro e para que lado. Explique por que a tal "força centrífuga" não aparece nessa descrição, e o que caracteriza o ponto de vista em que ela parece existir.

A 2ª Lei de Newton costuma ser escrita como F_res = m · a. Explique, com suas palavras:

1. o que a força resultante produz num corpo: velocidade ou aceleração;
2. por que é a força resultante, e não uma força qualquer, que entra na equação;
3. o que a lei prevê quando a força resultante é nula, e como esse caso se relaciona com a 1ª Lei;
4. por que um carro que faz uma curva com o velocímetro parado ainda assim tem força resultante sobre ele.

Empurrando com a mesma força, é fácil pôr uma bicicleta em movimento e praticamente impossível mover um caminhão sozinho. Explique essa diferença a partir da 2ª Lei. Em seguida, explique por que um carrinho de supermercado cheio é mais difícil de acelerar do que o mesmo carrinho vazio, e diga que grandeza física está sendo medida por essa "dificuldade".

Numa batida, o airbag não impede que o corpo do motorista pare: ele faz com que essa parada aconteça ao longo de um tempo maior. Explique por que isso reduz a força sobre o motorista, mesmo que a variação de velocidade seja exatamente a mesma com airbag ou sem ele. Em seguida, cite duas outras situações do cotidiano que usam o mesmo princípio, explicando brevemente cada uma.

Duas pessoas empurram um armário no mesmo sentido e ele desliza pelo chão com velocidade constante.

1. O que se pode afirmar sobre a força resultante que age no armário? Justifique.
2. Compare a intensidade da soma das forças aplicadas pelas duas pessoas com a intensidade da força de atrito, indicando o sentido de cada uma.
3. Se uma terceira pessoa passasse a empurrar junto, o que mudaria no movimento do armário? Explique.
4. Explique por que dizer que "o armário está em equilíbrio" não é o mesmo que dizer que "o armário está parado".

Descreva, usando a 3ª Lei de Newton, o que acontece a cada passo que você dá. Identifique com clareza quem exerce força em quem e em que sentido, e diga qual das duas forças do par é a responsável por você ir para a frente. Explique também por que é tão difícil caminhar sobre uma superfície muito lisa, como uma pista de gelo, e o que falta ali.

Ao dar um soco numa parede, a mão dói. Explique por quê, nomeando as duas forças do par ação–reação envolvido e dizendo em que corpo cada uma delas age. Em seguida, responda ao colega que argumenta assim: "se as duas forças têm a mesma intensidade e sentidos opostos, elas deveriam se cancelar, e então nada deveria doer nem se mover". Aponte exatamente onde está o erro desse raciocínio.

Um foguete acelera no vácuo do espaço, onde não há ar. Muita gente imagina que os motores "empurram o ar" para trás e que, sem ar, o foguete não teria como se mover. Explique por que ele funciona mesmo assim, identificando o par ação–reação envolvido. Diga também o que o foguete precisa carregar consigo para que isso seja possível, e relacione essa resposta com o fato de ele ir ficando mais leve durante a subida.

Um livro está em repouso sobre uma mesa. Sobre ele agem o peso, para baixo, e a força normal da mesa, para cima, com a mesma intensidade e sentidos opostos. Um colega conclui que essas duas forças formam um par ação–reação.

1. Explique por que essa conclusão está errada, apontando a característica do par ação–reação que ela desrespeita.
2. Identifique o verdadeiro par de cada uma das duas forças, dizendo em que corpo cada parceira age.
3. Proponha uma alteração simples na cena que faça peso e normal deixarem de ter a mesma intensidade, e explique por que isso encerra a discussão.