Exercícios 3ª Lei de Newton: Guia Completo para Estudantes

A física é uma das ciências mais fascinantes, e entender as leis de Newton é fundamental para compreender o funcionamento do universo ao nosso redor. A terceira lei de Newton, também conhecida como Lei da Ação e Reação, é especialmente importante para explicar como objetos interagem entre si. Para ajudar estudantes a dominar esse tema, este guia completo apresenta exercícios resolvidos, explicações detalhadas e dicas para aprimorar seus estudos.

Introdução

A terceira lei de Newton afirma que para toda ação há uma reação de igual intensidade e direção oposta. Essa lei é essencial para explicar diversas situações cotidianas, desde o movimento de carros até o funcionamento de foguetes no espaço. Estudar essa lei por meio de exercícios práticos é uma excelente maneira de consolidar o conhecimento e estar preparado para avaliações escolares ou vestibulares.

O que é a 3ª Lei de Newton?

Definição

A 3ª Lei de Newton pode ser formulada assim: "A toda ação corresponde uma reação de igual intensidade e sentido oposto." Isso significa que quando um objeto exerce uma força sobre outro, o segundo objeto exerce uma força de mesma magnitude, porém de sentido oposto, sobre o primeiro.

Exemplos do dia a dia

• Empurrar uma parede: mesmo que a parede não se mova, você sente uma força de reação que age contra o seu empurrão.
• Caminhar: ao empurrar o chão para trás com o pé, o chão reage empurrando você para frente.
• Lançar uma bola: ao empurrar a bola, ela exerce uma força de volta contra a sua mão.

Exercícios resolvidos sobre a 3ª Lei de Newton

A prática é fundamental para entender a conceito. Veja a seguir alguns exercícios resolvidos que ilustram a aplicação da terceira lei de Newton.

Exercício 1: Força entre dois patinadores no gelo

Dois patinadores, A e B, de massas iguais, estão se empurrando um ao outro inicialmente parados em um pista de gelo lisa. Ao empurrar-se mutuamente com força de 20 N, qual será a velocidade de cada um após a ação, assumindo que ambos partem do repouso e a duração do empurrão foi de 2 segundos?

Resolução:

• Massa de cada patinador: ( m = m_A = m_B )
• Força exercida: ( F = 20\,N )
• Tempo do empurrão: ( t = 2\,s )

Pela segunda lei de Newton, a aceleração de cada patinador é:

[a = \frac{F}{m}]

Como os patinadores têm massas iguais, eles terão acelerações iguais em módulo, mas em direções opostas (de acordo com a terceira lei).

Velocidade final após o empurrão:

[v = a \times t = \frac{F}{m} \times t]

Se as massas são iguais, digamos, ( m = 80\,kg ), então:

[v = \frac{20\,N}{80\,kg} \times 2\,s = 0,25\,m/s]

Assim, cada patinador adquire uma velocidade de 0,25 m/s, em direções opostas.

Exercício 2: Foguete e gases

Um foguete dispara gases para baixo com uma força de 5000 N durante 10 segundos. Qual será a força de reação sobre o foguete? E qual a velocidade final do foguete, considerando sua massa de 2000 kg e que partiu do repouso?

Resolução:

• Força exercida pelos gases sobre o foguete: ( F_{gases} = 5000\,N )
• Força de reação (sobre os gases): ( F_{reação} = -5000\,N ) (de sentido oposto)
• Massa do foguete: ( m = 2000\,kg )
• Tempo: ( t = 10\,s )

A aceleração do foguete:

[a = \frac{F_{net}}{m}]

Como a força de impulso é apenas do gás, a força resultante é:

[F_{net} = F_{gases} = 5000\,N]

Logo:

[a = \frac{5000}{2000} = 2,5\,m/s^2]

Velocidade final após 10 segundos:

[v_f = v_0 + a \times t = 0 + 2,5 \times 10 = 25\,m/s]

O foguete atingirá uma velocidade de 25 m/s inicialmente em direção ao espaço.

Tabela de Exemplos de Aplicações da 3ª Lei de Newton

Dicas para resolver exercícios sobre a 3ª Lei de Newton

• Sempre identifique os pares de forças de ação e reação.
• Observe a direção e a intensidade das forças.
• Lembre-se que as forças atuam em corpos diferentes e na mesma linha de ação.
• Use a segunda lei de Newton: ( F = m \times a ).
• Considere as condições iniciais e finais do movimento.

Perguntas Frequentes

1. A terceira lei de Newton sempre se aplica em todas as situações?

Sim, ela é uma lei fundamental da física que se aplica a todas as interações entre corpos, a qualquer momento e em qualquer escala.

2. Como diferenciar força de ação e força de reação?

Elas sempre ocorrem em corpos diferentes e têm magnitudes iguais, mas direções opostas.

3. É possível um corpo exercer força sem sofrer a força de reação?

Não, de acordo com o princípio da ação e reação, toda força exercida por um corpo sobre outro gera uma força de reação correspondente.

Conclusão

Dominar a aplicação da 3ª Lei de Newton por meio de exercícios práticos é essencial para compreender o funcionamento das forças na natureza. Através de exemplos cotidianos e exercícios resolvidos, fica mais fácil assimilar esse conceito fundamental. Praticar regularmente, resolver questões variadas e compreender a relação entre força de ação e força de reação são passos importantes para um bom desempenho nos estudos de física.

Referências

• HALLIDAY, Resnick e Walker. Fundamentals of Physics. 10ª edição. Bookman Editora, 2014.
• LEITHOLD, Leonard. Cálculo para estudantes de engenharia. Ed. Campus, 2002.
• Física Nuclear - Ciência Hoje (Acesse para saber mais sobre física aplicada).

"A física oferece as leis que descrevem os movimentos e as forças que atuam no universo, e entender a terceira lei de Newton é fundamental para entender como tudo ao nosso redor funciona." - Autor desconhecido

Este artigo foi elaborado para auxiliar estudantes no entendimento da 3ª Lei de Newton com foco em exercícios. Aproveite para praticar e aprofundar seus conhecimentos!