A Terceira Lei de Newton: Entendendo a Ação e Reação
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Introdução à Terceira Lei de Newton
A Terceira Lei de Newton, também conhecida como a Lei da Ação e Reação, é uma das três leis fundamentais que o físico inglês Isaac Newton formulou para explicar o movimento dos corpos. Essa lei é essencial para compreendermos como objetos interagem uns com os outros e como essas interações resultam em movimento.
O que diz a Terceira Lei de Newton?
A Terceira Lei de Newton afirma que "para toda ação, há sempre uma reação igual e oposta". Isso significa que, sempre que um objeto A exerce uma força sobre um objeto B, o objeto B exerce uma força de igual intensidade, mas em sentido contrário, sobre o objeto A.
Entendendo a Terceira Lei de Newton
A Terceira Lei de Newton é frequentemente resumida como "ação e reação". Isso significa que quando um objeto exerce uma força sobre outro, o segundo objeto exerce uma força de igual magnitude, mesma direção, mas em sentido oposto, sobre o primeiro objeto.
Formulação Matemática:
Onde:
- é a força que o objeto A exerce sobre o objeto B.
- é a força que o objeto B exerce sobre o objeto A.
- O sinal negativo indica que as forças são opostas em direção.
Exemplos Práticos da Terceira Lei
Andando: Quando você caminha, seus pés empurram o chão para trás (ação), e o chão empurra seus pés para frente (reação), permitindo que você se mova.
Nadar: Ao empurrar a água para trás com as mãos e os pés (ação), a água empurra o nadador para frente (reação).
Recuo de uma Espingarda: Quando o gatilho é puxado, a espoleta exerce uma força sobre a bala para lançá-la para frente (ação), enquanto a bala exerce uma força igual e oposta sobre a espingarda, causando o recuo (reação).
Balão de Água: Se você segura um balão de água e o estoura, a água é lançada em uma direção, enquanto o balão é lançado na direção oposta.
Desmistificando um Erro Comum
Um erro comum é pensar que as forças de ação e reação ocorrem no mesmo objeto. Na verdade, essas forças sempre ocorrem em pares de objetos diferentes.
Por exemplo, se você estiver puxando uma corda, a força que você exerce na corda é acompanhada por uma força oposta que a corda exerce sobre você. Mesmo que essas forças sejam iguais e opostas, elas não se cancelam porque agem em objetos diferentes.
Importância da Terceira Lei de Newton
A Terceira Lei de Newton é crucial para entender como objetos interagem no mundo real. Desde a propulsão de veículos, como carros e aviões, até as forças que atuam em estruturas, como pontes e edifícios, essa lei nos ajuda a prever e explicar como e por que os objetos se movem ou permanecem em equilíbrio.
Conclusão
A Terceira Lei de Newton é uma ferramenta poderosa para entender o mundo ao nosso redor. Ela nos mostra que as forças nunca agem sozinhas e que cada ação gera uma reação.
Compreender essa lei nos permite entender fenômenos simples e complexos, tornando-se um dos pilares fundamentais da física.
Estude essa lei com atenção, pois ela é aplicável em uma vasta gama de situações e é essencial para avançar em seus estudos de física!
Referências
1. Newton, I. *Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica*, 1687.
2. Young, H. D., & Freedman, R. A. *University Physics with Modern Physics*, 14th Edition, Pearson, 2015.
3. Serway, R. A., & Jewett, J. W. *Physics for Scientists and Engineers*, 9th Edition, Cengage Learning, 2013.
Aqui estão algumas questões do ENEM que abordam a Terceira Lei de Newton, juntamente com suas respostas detalhadas:
Questão 1: ENEM 2014 - Força de reação no salto de uma pessoa
Uma pessoa deseja saltar de uma pequena plataforma. Para isso, ela se agacha e empurra a plataforma para baixo com os pés, o que a lança para cima. O salto ocorre porque:
A) a plataforma exerce uma força maior sobre os pés da pessoa do que a pessoa exerce sobre a plataforma.
B) a força exercida pela pessoa na plataforma é maior do que a força exercida pela plataforma na pessoa.
C) a pessoa exerce uma força sobre a plataforma, que reage com uma força igual e oposta, impulsionando a pessoa para cima.
D) a força da pessoa sobre a plataforma é igual à força da gravidade sobre a pessoa.
E) a força da gravidade é maior sobre a pessoa do que sobre a plataforma.
Resposta: C) A pessoa exerce uma força sobre a plataforma, que reage com uma força igual e oposta, impulsionando a pessoa para cima.
Explicação:
De acordo com a Terceira Lei de Newton, para cada ação, há uma reação de igual magnitude e em sentido oposto. Quando a pessoa empurra a plataforma para baixo, ela exerce uma força sobre a plataforma (ação). Em resposta, a plataforma exerce uma força de igual magnitude, mas em sentido oposto, sobre a pessoa (reação), impulsionando-a para cima e permitindo o salto.
Questão 2: ENEM 2017 - Propulsão de foguete
O princípio de funcionamento de um foguete baseia-se na Terceira Lei de Newton. Esse princípio pode ser observado quando o combustível do foguete é queimado, gerando gases que são expelidos para trás com grande velocidade, e o foguete é impulsionado para frente.
Esse fenômeno pode ser explicado pela Terceira Lei de Newton, que diz que:
A) a aceleração do foguete é proporcional à força aplicada.
B) a força resultante sobre o foguete é nula.
C) para cada força de ação, existe uma força de reação de mesma intensidade e direção oposta.
D) a quantidade de movimento do sistema foguete + gases é conservada.
E) o foguete só se move se a força de empuxo for maior que a força de atrito.
Resposta: C) Para cada força de ação, existe uma força de reação de mesma intensidade e direção oposta.
Explicação:
A Terceira Lei de Newton descreve que, para toda ação, há uma reação de igual intensidade, mesma direção e em sentido oposto. No caso do foguete, os gases são expelidos para trás com uma força (ação), e em resposta, o foguete é impulsionado para frente com uma força de mesma magnitude, mas em sentido oposto (reação). Esse é o princípio que permite que os foguetes se movam no espaço.
Questão 3: ENEM 2012 - Atrito e Terceira Lei de Newton
Em uma pista horizontal sem atrito, um carrinho A, de massa ( m ), é empurrado por uma força horizontal \( F \), aplicada por uma corda presa ao carrinho B, de massa \( M \), conforme a figura a seguir. Sabendo que o sistema está em equilíbrio, qual a força que o carrinho B exerce sobre o carrinho A?
A) \( F \)
B) \( M \cdot g \)
C) \( m \cdot g \)
D) \( F - M \cdot g \)
E) \( -F \)
Resposta: E) -F
Explicação:
De acordo com a Terceira Lei de Newton, se o carrinho B exerce uma força sobre o carrinho A, o carrinho A exerce uma força de mesma magnitude e em sentido oposto sobre o carrinho B. Como a força aplicada é \( F \), a força que o carrinho B exerce sobre o carrinho A é de \( -F \), ou seja, uma força igual em magnitude, mas oposta em direção.
Questão 4: ENEM 2016 - Impacto entre dois corpos
Dois corpos de massas diferentes colidem frontalmente e, após a colisão, se separam. Durante a colisão, a força que um corpo exerce sobre o outro é:
A) maior para o corpo de maior massa.
B) maior para o corpo de menor massa.
C) menor para o corpo de menor massa.
D) menor para o corpo de maior massa.
E) igual em módulo para ambos os corpos.
Resposta: E) Igual em módulo para ambos os corpos.
Explicação:
Durante a colisão, a força que um corpo exerce sobre o outro é igual em módulo e direção, mas oposta em sentido, conforme a Terceira Lei de Newton. Independentemente das massas dos corpos, as forças trocadas entre eles durante a colisão têm a mesma magnitude, mas atuam em sentidos opostos.
Questão 5: ENEM 2013 - Voo de um pássaro
Durante o voo, um pássaro bate suas asas empurrando o ar para baixo e para trás. O movimento para frente e para cima do pássaro é uma consequência direta:
A) da resistência do ar.
B) da Terceira Lei de Newton.
C) da gravidade.
D) do Princípio de Arquimedes.
E) do empuxo do ar.
Resposta: B) Da Terceira Lei de Newton.
Explicação:
O voo do pássaro é um exemplo clássico da Terceira Lei de Newton. Quando o pássaro bate as asas e empurra o ar para baixo e para trás (ação), o ar exerce uma força igual e oposta para cima e para frente (reação), permitindo que o pássaro se mova nessa direção. Essa força é o que sustenta o voo.
Questão 6: Fuvest 2018 - Força de Ação e Reação em uma Corda
Uma pessoa está puxando uma caixa por meio de uma corda horizontal sobre uma superfície plana e sem atrito. A força que a pessoa exerce na corda é \( \vec{F} \). Desprezando o peso da corda, a força que a caixa exerce na corda é:
A) \( \vec{F} \)
B) \( -\vec{F} \)
C) \( \frac{\vec{F}}{2} \)
D) \( 0 \)
E) Depende da massa da caixa
Resposta: B) \( -\vec{F} \)
Explicação:
De acordo com a Terceira Lei de Newton, para cada força de ação, existe uma força de reação de igual magnitude e direção, mas sentido oposto. Neste caso, a força que a pessoa exerce na corda (ação) é \( \vec{F} \). A força que a caixa exerce na corda (reação) será igual em magnitude e oposta em sentido, ou seja, \( -\vec{F} \).
Questão 7: ITA 2016 - Sistema de Blocos e Força de Reação
Um bloco de massa \( m \) está em repouso sobre uma mesa horizontal. Um segundo bloco, de massa \( M \), está sobre o primeiro bloco. Considerando que não há atrito entre o bloco \( M \) e a mesa, a força que o bloco \( M \) exerce sobre o bloco \( m \) é:
A) \( M \cdot g \)
B) \( m \cdot g \)
C) \( (M + m) \cdot g \)
D) Zero
E) \( -M \cdot g \)
Resposta: A) \( M \cdot g \)
Explicação:
A força que o bloco \( M \) exerce sobre o bloco \( m \) é devido ao seu peso, que é \( M \cdot g \). De acordo com a Terceira Lei de Newton, o bloco \( m \) exerce uma força de reação de mesma magnitude e direção, sentido oposto sobre o bloco \( M \). No entanto, a força que \( M \) exerce sobre \( m \) é apenas devido ao peso do bloco \( M \), que é \( M \cdot g \).
Questão 8: UERJ 2014 - Força de Recuo de uma Arma de Fogo
Uma arma de fogo dispara uma bala, que sai pela boca do cano com uma certa velocidade. Durante o disparo, o recuo da arma ocorre devido à força que a bala exerce sobre a arma. Essa força é:
A) maior do que a força exercida pela arma sobre a bala.
B) menor do que a força exercida pela arma sobre a bala.
C) igual à força exercida pela arma sobre a bala.
D) nula, se a arma for muito pesada.
E) dependente da distância percorrida pela bala.
Resposta: C) Igual à força exercida pela arma sobre a bala.
Explicação:
A Terceira Lei de Newton afirma que para cada ação, há uma reação de igual magnitude e direção, mas sentido oposto. Quando a arma dispara a bala, ela exerce uma força sobre a bala (ação), e a bala exerce uma força igual e oposta sobre a arma (reação), resultando no recuo da arma.
Questão 9: UFSC 2017 - Empuxo e Propulsão em um Mergulhador
Um mergulhador, embaixo d'água, impulsiona-se contra uma parede de uma piscina para se afastar dela. A força que o mergulhador exerce na parede:
A) é maior do que a força que a parede exerce sobre o mergulhador.
B) é menor do que a força que a parede exerce sobre o mergulhador.
C) é igual à força que a parede exerce sobre o mergulhador.
D) depende da massa do mergulhador.
E) depende da profundidade da piscina.
Resposta: C) É igual à força que a parede exerce sobre o mergulhador.
Explicação:
Segundo a Terceira Lei de Newton, para cada força de ação, existe uma força de reação de igual magnitude e direção oposta. Quando o mergulhador empurra a parede, ele exerce uma força sobre ela (ação), e a parede exerce uma força igual e oposta sobre o mergulhador (reação), impulsionando-o para longe da parede.
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