Primeira Lei de Newton (Princípio da Inércia)
PRIMEIRA LEI DE NEWTON (PRINCÍPIO DA INÉRCIA)
Introdução à Dinâmica
Dinâmica é a parte da Mecânica que estuda as relações entre os movimentos dos corpos e as causas que os produzem ou os modificam.
Princípio corresponde a uma lei física teórica que nos levam a uma série de consequências que podem ser comprovadas na prática (experimentalmente).
A estrutura da Dinâmica, corresponde a uma série de princípios estabelecidos por Isaac Newton e que foram baseados principalmente nos estudos realizados por Galileu e Kepler e que foram denominados Princípios da Dinâmica ou Leis de Newton do Movimento.
Estes princípios elaborados por Newton são três e são válidos apenas para sistemas inerciais (não possuem aceleração).
Princípio da Inércia (Primeira Lei de Newton)
“Todo corpo que esteja em repouso ou em movimento retilíneo e uniforme (movendo-se em trajetória reta com velocidade vetorial constante), tende a continuar nestes estados se a força resultante que age sobre ele for nula”.
Exemplos clássicos
Veículo se movendo em trajetória reta com velocidade vetorial constante (força resultante nula).
O móvel, enquanto a força resultante sobre ele for nula, continuará se movendo em linha reta sempre com a mesma velocidade vetorial 
(com intensidade, direção e sentido, constantes)
Um indivíduo no interior do móvel sentirá como se o veículo estivesse parado e, se ele atirar seu chaveiro verticalmente para cima, este cairá exatamente em suas mãos.
A esfera sobre o apoio na primeira figura, não se moverá.
Veículo acelerando em linha reta sob ação de uma força resultante diferente de zero, a favor do movimento deslocando o veículo para a direita. Considere o veículo inicialmente parado.
Por inércia, um indivíduo em pé em seu interior tenderá a manter seu estado de repouso e, enquanto o veículo acelera ele se sentirá projetado para trás, pois seus pés acompanham o movimento do veículo.
Pelo mesmo motivo a esfera sobre o apoio fixo se moverá para a esquerda.
Para não cair, o indivíduo em pé deve segurar em alguma parte do veículo que lhe aplicará uma força externa que o acelera junto com o veículo. No caso do motorista ou dos passageiros sentados esta força externa é aplicada pela poltrona.
Se o passageiro sentado jogar um chaveiro verticalmente para cima, este cairá atrás dele.
Veículo freando em linha reta sob a ação de uma força resultante diferente de zero, contra o movimento, tendendo a parar o veículo que se desloca para a direita.
Por inércia, um indivíduo em pé em seu interior tenderá a manter seu estado de movimento enquanto o veículo desacelera.
Ele se sentirá projetado para a frente, pois seus pés acompanham o movimento do veículo.
Pelo mesmo motivo a esfera sobre o apoio fixo se deslocará para a direita.
Para não cair, o indivíduo em pé deve segurar em alguma parte do veículo que lhe aplicará uma força externa que o desacelera junto com o veículo. Os passageiros e o motorista devem utilizar o cinto de segurança.
Porque usar cinto de segurança:
Utilidade do encosto de cabeça:
Em colisão traseira, a proteção é feita pelo apoio para a cabeça já que, por inércia, o corpo seria
projetado para trás e o encosto evita isso protegendo a cabeça, o pescoço e a coluna cervical.
Um corpo em movimento circular como, por exemplo, uma pedra presa a um fio, tem, em cada ponto, o vetor velocidade sempre tangente à trajetória.
Se você cortar o fio, a pedra, por inércia, tenderá a manter a direção e o sentido do vetor velocidade e sairá pela tangente.
Quando um veículo efetua uma curva, um indivíduo em seu interior, por inércia, tende a seguir em linha reta (tende a sair pela tangente, na direção e sentido do vetor velocidade que é sempre tangente à trajetória em cada ponto).
Se o carro da figura acima fizesse uma curva para a esquerda a pessoa se sentiria jogada para a direita.
Cartolina, moeda e copo
Se você colocar um pedaço de cartolina sobre um copo e uma moeda sobre o pedaço de cartolina e
puxar rapidamente o pedaço de cartolina, a moeda, por inércia, tenderá a continuar parada, cairá dentro do copo.
Numa viagem espacial (no vácuo e num local isento da ação de forças gravitacionais), quando a velocidade desejada V foi atingida, os sistemas propulsores são desligados e o veículo espacial, por
inércia, segue com os motores desligados, em movimento retilíneo e uniforme (MRU), ou seja, em linha reta e com velocidade constante.
Inércia em líquidos
O líquido do recipiente da esquerda da figura abaixo está em equilíbrio (nível horizontal). Se sobre ele (recipiente) surgir uma força resultante para a direita, acelerando-o, por inércia, o nível do
líquido adquirirá o formato da figura da direita.
Por outro lado, se o (recipiente + líquido) estiverem se movendo com velocidade constante para a direita e sobre ele surgir uma força resultante para a esquerda freando-o, o líquido, por inércia,
adquirirá o formato da figura da direita.
O sistema de vasos comunicantes da figura da esquerda abaixo está em equilíbrio com o líquido no nível horizontal).
Se o sistema for acelerado para a direita por uma força resultante, por inércia, o líquido adquirirá o formato da figura da direita (observe-o atentamente).
Centrífugas
As máquinas de lavar, que secam roupas por centrifugação possuem em seu interior um cilindro metálico cheio de furos.
Quando o motor da máquina faz o cilindro girar em alta rotação, a água que está na roupa, por inércia, sai pela tangente através dos furos.
As centrífugas também são usadas em laboratórios, clínicas e industrias para a separação de sólidos em líquidos em suspensão ou de líquidos misturados entre si.
Seu funcionamento ocorre pela rotação de um recipiente de maneira que quando a centrífuga gira em alta velocidade ela faz com que a substância mais densa (maior massa, mesmo volume), de maior inércia (maior densidade) tenha maior tendência de “sair pela tangente” indo mais para a extremidade do recipiente.
Portanto, nesses aparelhos, a separação das substâncias ocorre em função das diferentes densidades.
Descida rápida (“frio” na barriga”)
Quando você está descendo num carrinho, por exemplo, num parque de diversões, baseado no princípio da inércia, você sente um “frio” na barriga porque alguns órgãos internos do seu
abdome estão soltos e ao descer eles tendem a manter-se em repouso, comprimindo a parte superior do abdome.
O que você deve saber, informações e dicas sobre o Princípio da Inércia
A inércia de um corpo depende de sua massa, pois para acelerar ou frear um caminhão
devemos aplicar uma força maior que aquela que usamos para acelerar ou frear uma moto.
Assim, quanto maior a massa de um corpo, maior será sua inércia.
O equilíbrio (estático ou dinâmico) é um conceito relativo, pois depende do referencial adotado. Assim, o motorista de um ônibus em MRU está em equilíbrio em relação ao ônibus, mas não está em equilíbrio em relação à Terra ou qualquer outro planeta, porque em relação a eles o motorista possui aceleração.
Uma partícula está mecanicamente isolada quando a força resultante que age sobre ela for nula, o que acontece em dois casos:
1o 
Quando as forças aplicadas sobre ela se anulam.
2o Quando não existe qualquer força aplicada
Referencial inercial É o referencial para o qual a lei da inércia é válida, ou seja, se um corpo que tiver força resultante nula permanecer em repouso ou em MRU em relação a esse referencial, ele será um referencial inercial.
Inércia não é força. É a tendência que um corpo possui de manter seu estado de movimento ou de repouso se sobre ele não surgir uma força externa, modificando-os.
EXERCÍCIOS DE VESTIBULARES COM RESOLUÇÃO COMENTADA SOBRE PRINCÍPIO DA INÉRCIA OU PRIMEIRA LEI DE NEWTON
01- (UFRJ - RJ)
Um trem está se deslocando para a direita sobre trilhos retilíneos e horizontais, com movimento uniformemente variado em relação à Terra.
Uma esfera metálica, que está apoiada no piso horizontal de um dos vagões, é mantida em repouso em relação ao vagão por uma mola colocada entre ela e a parede frontal, como ilustra a figura.
A mola encontra-se comprimida.
Suponha desprezível o atrito entre e esfera e o piso do vagão.
Verifique se o trem está se deslocando em relação à Terra com movimento uniformemente acelerado ou retardado, justificando sua resposta.
Resolução:
Como a mola está sendo comprimida, a esfera (por inércia) está se deslocando para a direita, pressionando a mola.
Assim, o movimento só pode ser uniformemente retardado (o vagão está indo para a direita e freando).
02- (ENEM - MEC)
Resolução:
A inércia de um corpo depende de sua massa, pois para acelerar ou frear um ônibus devemos aplicar uma força maior que aquela que usamos para acelerar ou frear um carro.
Assim, quanto maior a massa de um corpo, maior será sua inércia.
Um corpo em movimento circular como, por exemplo, uma pedra presa a um fio, tem, em cada ponto, o vetor velocidade sempre tangente à trajetória.
Se você cortar o fio, a pedra, por inércia, tenderá a manter a direção e o sentido do vetor velocidade e sairá pela tangente.
Então, quando a centrífuga gira em alta velocidade ela faz com que a substância mais densa (maior massa, mesmo volume), de maior inércia (maior densidade) tenha maior tendência de “sair pela tangente” indo mais para o fundo do recipiente.
Portanto, nesses aparelhos, a separação das substâncias ocorre em função das diferentes densidades.
R- A
03- (UNIFOR - CE)
O que aconteceria se de repente a Terra parasse de girar ao redor do seu eixo? Ao parar a Terra inesperadamente, as casas, as pessoas, as árvores, os animais e tudo o que não esteja ligado
firmemente à Terra sairá a voar pela tangente com a velocidade de um projétil. A seguir, tudo cairá novamente sobre a superfície na forma de milhares de pedaços. A origem dessa tragédia, que esperamos nunca acontecer, tem uma explicação simples e está
a) no efeito relativístico do movimento de rotação da terra.
b) no princípio de que todo corpo que possui massa sofre os efeitos do princípio da inércia.
c) nas leis da termodinâmica, devido a uma redução de pressão na superfície da terra, resultado da ausência instantânea do movimento.
d) no fato de que a Terra, no momento da parada, passaria repelir os corpos devido à ação gravitacional.
e) no princípio da conservação da energia mecânica, pois a resistência do ar deixaria de atuar e a normal sobre cada corpo seria igual a zero.
Resolução:
Todo corpo que possui massa possui inércia definida como “Todo corpo que esteja em repouso ou em movimento retilíneo e uniforme (movendo-se em trajetória reta com velocidade vetorial constante), tende a continuar nestes estados se a força resultante que age sobre ele for nula”
Ou seja, a Terra pararia de girar, mas, por inércia, casas, as pessoas, as árvores, os animais, o ar que
a envolve, e tudo o que não esteja ligado firmemente à Terra sairá a voar pela tangente com velocidade igual à de rotação da Terra (aproximadamente 1.675 km/h “em uma latitude de 45°”)
R- B
04- (UERJ - RJ)
A figura abaixo representa uma escuna atracada ao cais.
Deixa-se cair uma bola de chumbo do alto do mastro – ponto O. Nesse caso, ela cairá ao pé do mastro – ponto Q.
Quando a escuna estiver se afastando do cais, com velocidade constante, se a mesma bola for abandonada do mesmo ponto O, ela cairá no seguinte ponto da figura:
a) P
b) Q
c) R
d) S
Com a escuna parada então a força resultante sobre a esfera é nula e, ela cairá ao pé do mastro – ponto Q.
Quando a escuna estiver se afastando do cais com velocidade constante (supondo que em linha reta) força resultante sobre a esfera é nula e, ela também cairá ao pé do mastro – ponto Q.
R- B
05- (UFSCAR - SP)
Em repouso, o sistema de vasos comunicantes apresentado está em equilíbrio, de acordo com a figura 1.
Quando o sistema é submetido a um movimento uniformemente variado devido à ação de uma força horizontal voltada para direita, o líquido deverá permanecer em uma posição tal qual o esquematizado em
Resolução:
Inércia em líquidos
O líquido do recipiente da esquerda da figura abaixo está em equilíbrio (nível horizontal). Se sobre ele (recipiente) surgir uma força resultante para a direita, acelerando-o, por inércia, o nível do
líquido adquirirá o formato da figura da direita.
Por outro lado, se o (recipiente + líquido) estiverem se movendo com velocidade constante para a direita e sobre ele surgir uma força resultante para a esquerda freando-o, o líquido, por inércia,
adquirirá o formato da figura da direita.
O sistema de vasos comunicantes da figura da esquerda abaixo está em equilíbrio com o líquido no nível horizontal).
Se o sistema for acelerado para a direita por uma força resultante, por inércia, o líquido adquirirá o formato da figura da direita (observe-o atentamente).
R- B
06- (UFAC - AC)
A figura abaixo mostra imagens de um teste de colisão.
A foto A revela o momento exato da colisão do carro com o muro. Nesse instante, a velocidade do carro era 56 km/h.
As fotos B, C e D são imagens sequenciais da colisão. O motorista, que usa cinto de segurança, fica espremido entre seu banco e o volante.
A criança, que estava sentada no banco da frente, ao lado do motorista, bate no para-brisa e é arremessada para fora do carro.
Com relação ao que foi dito acima e, baseando-se nos conhecimentos de Física, pode-se afirmar que:
a) Não é necessário que os passageiros, sentados na parte traseira do carro, usem cinto de segurança.
b) Em razão da inércia, os passageiros são lançados para frente, conforme se observa nas fotos B, C e D.
c) O cinto de segurança contribui para reduzir a aceleração do carro.
d) O atrito entre o banco e os passageiros é suficiente para impedir que esses sejam arremessados para frente.
e) Os riscos, para os passageiros, seriam maiores se todos estivessem usando cinto de segurança.
Resolução:
R- B
07- (UNIRG- RG)
As pessoas costumam dizer que, quando um carro freia, uma “força de inércia” atua sobre elas,
jogando-as para frente. Essa afirmação está errada, pois essa tendência de continuar em movimento, que a pessoa sente, não é proveniente de uma força, mas sim
a) da inércia, que é uma propriedade física da matéria.
b) da energia potencial gravitacional, que se mantém constante.
c) do par ação e reação, que surge entre o banco do carro e a pessoa.
d) do atrito, que tende a frear o carro, mas não a pessoa.
Resolução:
Todo corpo que possui massa possui inércia definida como “Todo corpo que esteja em repouso ou em movimento retilíneo e uniforme (movendo-se em trajetória reta com velocidade vetorial constante), tende a continuar nestes estados se a força resultante que age sobre ele for nula”
R- B
08- (UNIFESP - SP)
Às vezes, as pessoas que estão num elevador em movimento sentem uma sensação de desconforto,
em geral na região do estômago.
Isso se deve à inércia dos nossos órgãos internos localizados nessa região, e pode ocorrer
a) quando o elevador sobe ou desce em movimento uniforme.
b) apenas quando o elevador sobe em movimento uniforme.
c) apenas quando o elevador desce em movimento uniforme.
d) quando o elevador sobe ou desce em movimento variado.
e) apenas quando o elevador sobe em movimento variado.
Resolução:
Quando você está descendo ou subindo num elevador em movimento uniformemente variado “MUV” (com determinada aceleração), baseado no princípio da inércia, você sente um “frio” na barriga (desconforto na região do abdome) porque alguns órgãos internos do seu abdome estão soltos e ao descer ou subir (por inércia) eles tendem a manter-se em repouso, comprimindo a parte superior ou inferior do abdome.
R- D
09- (UEL - PR)
Um observador vê um pêndulo preso ao teto de um vagão e deslocado da vertical como mostra a figura a seguir.
Sabendo que o vagão se desloca em trajetória retilínea, ele pode estar se movendo de
a) A para B, com velocidade constante.
b) B para A, com velocidade constante.
c) A para B, com sua velocidade diminuindo.
d) B para A, com sua velocidade aumentando.
e) B para A, com sua velocidade diminuindo.
Resolução:
Não pode estar com velocidade constante porque assim estaria em MRU (força resultante nula) e por inércia ele ficaria na vertical.
Pode estar indo B para A, com sua velocidade diminuindo, pois o vagão estaria parando e, por inércia o pêndulo tenderia a ficar parado, fazendo com que o observador o veja se deslocar para a esquerda.
Observação: Pode também estar indo A para B, com sua velocidade aumentado, pois o vagão estaria acelerando e, por inércia o pêndulo tenderia a ficar parado, fazendo com que o observador o veja se deslocar também para a esquerda.
R- E
10- (UERJ - RJ)
Um avião sobrevoa, com velocidade constante, uma área devastada, no sentido sul-norte, em relação a um determinado observador.
A figura a seguir ilustra como esse observador, em repouso, no solo, vê o avião.
Quatro pequenas caixas idênticas de remédios são largadas de um compartimento da base do avião, uma a uma, a pequenos intervalos regulares.
Nessas circunstâncias, os efeitos do ar praticamente não interferem no movimento das caixas.
O observador tira uma fotografia, logo após o início da queda da quarta caixa e antes de a primeira atingir o solo.
A ilustração mais adequada dessa fotografia é apresentada em:
Resolução:
Por inércia as caixas continuarão a acompanhar o avião (ficarão embaixo dele), pois os efeitos do ar são desprezados e, quando abandonadas as caixas tem a mesma velocidade horizontal que a o avião
Observação: Mas, na realidade, o espaço vertical entre as caixas não é o mesmo, pois durante a queda elas aceleram devido à aceleração da gravidade g.
R- A
11- (Uerj - RJ)
No interior de um avião que se desloca horizontalmente em relação ao solo, com velocidade constante de 1000 km/h, um passageiro deixa cair um copo.
Observe a ilustração abaixo, na qual estão indicados quatro pontos no piso do corredor do avião e a posição desse passageiro.
O copo, ao cair, atinge o piso do avião próximo ao ponto indicado pela seguinte letra:
a) P
b) Q
c) R
d) S
Resolução:
Como o avião se desloca horizontalmente em relação ao solo, com velocidade constante, ele está em movimento retilíneo e uniforme (MRU) estando em equilíbrio dinâmico com a resultante das forças que agem sobre ele sendo nula (se comportando como se estivesse em repouso) e, então, o copo cairá no ponto R.
R- C
12- (UFRN - RN)
Considere um grande navio, tipo transatlântico, movendo-se em linha reta e com velocidade
constante (velocidade de cruzeiro).
Em seu interior, existe um salão de jogos climatizado e nele uma mesa de pingue-pongue orientada paralelamente ao comprimento do navio.
Dois jovens resolvem jogar pingue-pongue, mas discordam sobre quem deve ficar de frente ou de costas para o sentido do deslocamento do navio. Segundo um deles, tal escolha influenciaria no resultado do jogo, pois o movimento do navio afetaria o movimento relativo da bolinha de pingue-pongue.
Nesse contexto, de acordo com as Leis da Física, pode-se afirmar que
A) a discussão não é pertinente, pois, no caso, o navio se comporta como um referencial não inercial, não afetando o movimento da bola.
B) a discussão é pertinente, pois, no caso, o navio se comporta como um referencial não inercial, não afetando o movimento da bola.
C) a discussão é pertinente, pois, no caso, o navio se comporta como um referencial inercial, afetando o movimento da bola.
D) a discussão não é pertinente, pois, no caso, o navio se comporta como um referencial inercial, não afetando o movimento da bola.
Resolução:
Como o transatlântico (navio, referencial inercial para os dois jovens pois está em MRU) se move em linha reta com velocidade constante ele está em equilíbrio dinâmico e comporta-se como se estivesse em repouso (equilíbrio estático), não afetando o movimento da bola.
R- D
13- (UESPI - PI)
Na prova de lançamento de martelo nas Olimpíadas, o atleta coloca o martelo a girar e o solta quando atinge a maior velocidade que ele lhe consegue imprimir.
Para modelar este fenômeno, suponha que o martelo execute uma trajetória circular num plano horizontal.
A figura abaixo representa esquematicamente esta trajetória enquanto o atleta o acelera, e o ponto A é aquele no qual o martelo é solto.
Assinale a opção que representa corretamente a trajetória do martelo, vista de cima, após ser solto.
