Física · Concurso PRF

Leis de Newton, peso, normal e força de atrito

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Leis de Newton, peso, normal e força de atrito
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Resumo: Leis de Newton, peso, normal e força de atrito

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

  • 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

  1. Desenhe as forças sobre um corpo.
  2. Some por eixo; iguale a m·a.
  3. 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

  1. Inércia: sem força resultante, o corpo mantém repouso ou MRU (cinto de segurança e encosto de cabeça protegem da inércia).
  2. Princípio fundamental: F_R = m·a (força resultante e aceleração têm a mesma direção e sentido).
  3. 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 o Cebraspe 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.

Mapa mental: Leis de Newton, peso, normal e força de atrito

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Flashcards de Leis de Newton, peso, normal e força de atrito

Tente lembrar antes de virar o card.

  • Enuncie a 2ª Lei de Newton.

    Revelar resposta

    FR = m·a — a força resultante sobre um corpo é proporcional à sua massa e à aceleração adquirida.

  • Como calcular a força de atrito estático máxima?

    Revelar resposta

    Fat,maˊxF_{\text{at,máx}} = 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.

  • No MHS x(t) = A·cos(ωt + φ), qual é a força resultante sobre o corpo?

    Revelar resposta

    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.

  • Referencial inercial: um referencial que se move com velocidade constante em relação a outro inercial também é inercial? Que aceleração um corpo terá nele?

    Revelar resposta

    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.

  • O que é equilíbrio mecânico? Corpo com velocidade constante está em equilíbrio?

    Revelar resposta

    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.

  • Massa × peso: o que muda da Terra para a Lua? E o peso de 1 kg de materiais diferentes?

    Revelar resposta

    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).

  • 3ª lei (ação e reação): peso e normal formam um par ação-reação? Qual é a reação ao peso?

    Revelar resposta

    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.

  • 1ª lei (inércia): o que acontece com um passageiro solto quando o carro freia, acelera ou faz curva?

    Revelar resposta

    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.

  • O atrito é uma força fundamental da natureza?

    Revelar resposta

    Não. As fundamentais são: gravitacional, eletromagnética, nuclear forte e nuclear fraca. Atrito, normal e tração são manifestações macroscópicas da força eletromagnética.

  • Como calcular o atrito cinético sobre um corpo que desliza numa superfície horizontal?

    Revelar resposta

    fcf_c = μc\mu_c·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).

  • Corpo parado sobre uma rampa sem atrito, prestes a descer: a força resultante é igual ao peso m·g?

    Revelar resposta

    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.

Questões de Leis de Newton, peso, normal e força de atrito

  1. 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. A força de atrito estático máxima é Fat=μ×N=μ×m×g=0,6×1.200×10=7.200 N.

  2. 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.

Fontes

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