As três leis de Newton

Um carro de 1200 kg precisa de uma força resultante de 3600 N para acelerar a 3 m/s².

Primeira lei: os corpos mantêm seu estado de movimento

Deslize um livro sobre uma mesa e ele para. Por muito tempo, as pessoas concluíram que os corpos em movimento naturalmente param e que mantê-los em movimento exige um empurrão constante. Galileu pensava diferente. Em Duas Novas Ciências (1638), imaginou uma bola rolando em um plano horizontal perfeitamente liso e sem fim e argumentou que ela continuaria para sempre. O livro para porque o atrito atua sobre ele, não porque parar seja natural.

Isaac Newton fez dessa ideia a primeira de três leis em seus Principia, de 1687. Na formulação usada pela OpenStax: um corpo em repouso permanece em repouso ou, se estiver em movimento, permanece com velocidade constante, a menos que uma força externa resultante atue sobre ele. Essa tendência de manter o mesmo estado é chamada inércia, e a massa é sua medida. Um carrinho de compras cheio é mais difícil de colocar em movimento e de parar do que um vazio porque tem mais inércia. Os cintos de segurança existem por causa da primeira lei: quando um carro para de repente, seu corpo continua avançando até que algo exerça uma força no sentido contrário.

Segunda lei: F = m a

A segunda lei diz quanto um objeto acelera quando as forças que atuam nele não se equilibram. A aceleração tem a direção e o sentido da força resultante, é proporcional a ela e inversamente proporcional à massa: a = F_net ÷ m, mais frequentemente escrita como F_net = m a. Uma força resultante de 10 N aplicada a um carrinho de 2 kg produz uma aceleração de 5 m/s². Para fazer um carro de 1200 kg acelerar a 3 m/s², são necessários 3600 N. O que conta é a força resultante: se você empurra uma caixa de 5 kg com 50 N enquanto o atrito exerce 20 N no sentido contrário, a resultante é 30 N e a caixa acelera a 6 m/s².

A segunda lei também explica por que todos os objetos caem com a mesma aceleração. Um objeto mais pesado sofre uma força gravitacional maior, mas também tem mais massa para acelerar, e os dois efeitos se compensam exatamente: a = m g ÷ m = g.

Terceira lei: as forças surgem em pares

Sempre que um objeto empurra ou puxa outro, o segundo empurra ou puxa o primeiro com uma força de mesma intensidade e sentido oposto. Um nadador empurra a água para trás e a água o empurra para a frente. Um foguete expele gás quente pelo bocal e o gás empurra o foguete para cima; ele não precisa empurrar o ar para funcionar, por isso os foguetes funcionam no espaço. Quando você caminha, seu pé empurra o chão para trás e o chão empurra você para a frente.

As duas forças de um par atuam em objetos diferentes e, por isso, nunca se anulam entre si. Essa é a confusão mais comum. Quando um cavalo puxa uma carroça, a carroça puxa o cavalo de volta com a mesma intensidade; ainda assim, eles se movem, pois a aceleração do cavalo depende de todas as forças que atuam nele, incluindo a força do chão sobre seus cascos.

Você pode observar as três leis em um único chute numa bola de futebol. Antes do chute, a bola fica parada porque a força resultante é nula (primeira lei). Durante o breve contato, seu pé empurra a bola, e quanto maior o empurrão, maior a aceleração dela (segunda lei). Ao mesmo tempo, a bola empurra seu pé com a mesma intensidade, o que você sente como um impacto nos dedos (terceira lei). Depois que a bola deixa seu pé, apenas a gravidade e o ar atuam sobre ela, e sua trajetória é o movimento de projéteis do curso de Movimento.