A Primeira Lei de Newton

Newton's First Law (Galileo's Law of Inertia).

Neste vídeo, eu quero falar um pouco sobre a Primeira Lei de Newton

Aqui está uma tradução do princípio de Newton direto do latim

A primeira Lei: Todo corpo continua em seu estado de repouso

Então, estado de repouso ou de movimento retilíneo uniforme

a menos que seja obrigado a mudar seu estado por forças aplicadas sobre ele

Outro modo de colocar o que está sendo dito é que se todo corpo continua

Ou seja, tudo continua em repouso ou se movendo em uma velocidade constante

A não ser que ele seja obrigado a mudar seu estado por força, a não ser que uma força seja exercida sobre ele

Especialmente uma força não-balanceada, e explicarei o que é isso em breve.

Então, se eu tenho algo que esteja em repouso, completamente parado

Digamos que eu tenho - isso é algo que já vimos antes - digamos que eu tenho uma pedra.

Eu tenho uma pedra em algum lugar e ela está em repouso sobre um gramado

Eu posso continuar observando aquela pedra e é improvável que ela se mexa, assumindo que nada aconteça com ela.

Se não tem nenhuma força sendo aplicada sobre aquela pedra, ela simplesmente vai continuar ali.

Então a primeira parte é um pouco óbvia: todo corpo continua em seu estado de repouso.

Eu ainda não vou entrar na segunda parte: a menos que seja obrigado a mudar seu estado por forças aplicadas sobre ele

Então claramente, uma pedra vai continuar em repouso a menos que alguma força seja aplicada sobre ela.

A menos que alguém esteja tentando empurrá-la, ou rolá-la ou fazer qualquer coisa com ela.

O que é um pouco menos intuitivo sobre a primeira lei é a segunda parte.

Todo corpo continua em seu estado de repouso ou em movimento retilíneo uniforme

A menos que seja obrigado a mudar seu estado por forças aplicadas sobre ele.

Então essa é a primeira lei de Newton, e eu acho que devo fazer um parêntese aqui

Porque essa imagem pequena aqui é o Newton

E se estamos falando da primeira lei de Newton, então porque eu tenho esse retrato enorme desse cara aqui do lado?

Bem, a razão é que a primeira lei de Newton na verdade é simplesmente uma reexpressão da lei de inércia desse cara

E esse cara - outro titã da civilização na verdade - é o Galileo Galilei

Ele foi a primeira pessoa a formular a lei da inércia

E Newton apenas a reformulou um pouquinho e a empacotou junto com suas outras leis

Mas claro que ele faz também muitas, muitas, muitas outras coisas

Mas você precisa realmente dar crédito a Galileo pela primeira lei de Newton

E é por isso que eu fiz ele ficar maior aqui

Mas eu estava no meio de um pensamento!

Então, entendemos que se alguma coisa está em repouso, ela vai continuar assim a não ser que alguma força seja exercida sobre essa coisa.

Em algumas definições você verá "a menos que alguma força resultante seja aplicada"

E a razão pela qual dizem "força resultante" é porque você pode ter duas forças sendo exercidas sobre um corpo

E essas forças podem se anular

Por exemplo: eu posso empurrar a pedra do lado esquerdo com uma certa quantidade de força

E se você empurrar o lado direito da pedra com exatamente a mesma quantidade de força, a pedra não irá se mexer

A única forma que a pedra se moveria é se houver muito mais força de um lado do que do outro lado

Então se você tiver uma força resultante

E acabei de perceber que talvez a pedra seja uma má analogia

Vamos mudar para o gelo porque o gelo é mais fácil de mexer

Ou gelo sobre gelo

Então temos uma superfície de gelo aqui e em cima disso tenho um bloco de gelo

Mais uma vez estamos familiarizados com a idéia: se não há nenhuma força sendo exercida sobre ele, o gelo não se mexerá

Mas o que acontece se eu estou empurrando o gelo com uma certa quantidade de força deste lado

E você esta empurrando o gelo do outro lado com a mesma exata quantidade de força

O gelo não se moverá

Então aqui temos forças que se anulam

Uma força resultante nula

Ou seja, o único jeito do gelo mudar seu estado de repouso é se a força resultante não for nula

Se adicionarmos um pouco de força desse lado de modo que ela mais que compensa a força do lado oposto

Então você irá ver o bloco de gelo começar se mover, começar a realmente se acelerar naquela direção

Mas eu acho que essa parte é trivial: algo que está em repouso ficará em repouso a menos que

uma força resultante não nula seja aplicada

O que é menos óbvio é a idéia de que algo em movimento retilíneo uniforme

O que é outro modo de dizer algo com uma velocidade constante

Velocidade constante

O que ele está falando é que algo que tem uma velocidade constant continuará a ter velocidade constante para sempre

A não ser que uma força resultante não nula seja exercida sobre ele

E isso é menos intuitivo, porque sempre em nossa experiência de vida

Mesmo que eu empurre esse bloco de gelo, eventualmente ele vai parar

Ele não vai continuar em movimento para sempre, mesmo assumindo que essa superfície de gelo seja infinita

Aquele gelo eventualmente vai parar. Ou se eu jogo uma bola de tenis, aquela bola de tenis eventualmente vai parar

Ela vai voltar ao estado de repouso. Ou se eu jogar uma bola de boliche, ou se eu - qualquer coisa!

Nós nunca vemos, pelo menos em nossa vida, sempre parece que as coisas irão eventualmente parar

Então isso é algo muito não intuitivo de se dizer: algo em movimento continuará em movimento indefinitamente

Tudo em nossa intuição humana diz que se você quer que algo continue em movimento

Você terá que continuar colocando mais força, continuar colocando mais energia naquilo para que aquilo continue em movimento

Um carro não continuará para sempre a menos que o motor continue queimando combustível e consumindo energia

Então sobre o que eles estão falando?

Bem, em todos esses exemplos - e eu acho que essa é uma sacada brilhante desses dois caras

O que acontece é que todas essas coisas continuariam em movimento para sempre

A bola continuaria em movimento para sempre, esse bloco de gelo continuaria em movimento para sempre

A não ser pelo fato de que há forças resultantes não nulas sendo exercidas sobre eles para pará-los

No caso de gelo, mesmo que gelo sobre gelo não gera muito atrito

Ainda assim há atrito entre os dois

E você tem, nesta situação, a força do atrito que estará

Sendo exercida contra a direção de movimento do gelo

E o atrito na verdade vem de um nível atomico

Se você olhar para a estrutura de treliça das moléculas de água do cubo de gelo

E aqui está a estrutura de treliça das moléculas de água da superfície de gelo

Elas meio que colidem e raspam entre si

Mesmo que ambas sejam lisas, há algumas imperfeições aqui

Elas colidem e raspam, gerando um pouco de calor

E isso essencialmente estará trabalhando contra o movimento

Então há uma força de atrito que está sendo aplicada aqui, e por isso que o bloco está parando

E não somente a força de atrito, há também um pouco de resistência do ar

O bloco de gelo está colidindo com todo tipo de partículas de ar

Pode não ser notável no começo, mas definitivamente irá fazer com que o bloco continue em movimento para sempre

A mesma coisa acontece com a bola sendo jogada no ar

É claro que em algum momento ela atinge o chão por causa da gravidade, então essa é uma força agindo sobre a bola

Mas mesmo uma vez que a bola bateu no chão, ela não vai continuar rolando para sempre novamente devido ao atrito

Sabe, especialmente se há grama ali, a grama vai fazer a bola parar

E mesmo quando a bola estiver no ar ela vai desacelerar, não vai ter uma velocidade constante

Porque você tem todas essas partículas de ar que irão colidir com ela

E exercer força para desacelerá-la

Mas o que é realmente brilhante desses caras é que eles conseguiram imaginar uma realidade

Onde não se tem gravidade, onde não se tem ar para desacelerar as coisas

E eles puderam imaginar que naquela realidade, um objeto iria simplesmente continuar em movimento

E francamente, a razão pela qual Galileo provavelmente foi bom em pensar nisso

Foi porque ele estudou as órbitas dos planetas

E ele provavelmente teorizou: ei! Talvez não tenho ar por lá

E talvez por isso que os planetas conseguem simplesmente continuar dando voltas e mais voltas em suas órbitas

E eu devo falar a velocidade linear, porque a direção fica mudando

A velocidade linear permanece constante, porque não tem nada no espaço para realmente desacelerar esses planetas

De qualquer modo, espero que tenham achado isso tão fascinante quanto eu acho

Porque em um nível isso é super óbvio, mas em um outro nível isto é completamente não trivial

Especialmente essa parte de "movimente retilíneo uniforme"

E apenas para deixar o ponto claro, se a gravidade desaparecesse e não houvesse ar

E você fosse jogar uma bala, essa bola literalmente continuaria se movendo na mesma direção para sempre

A menos que uma outra força resultante não nula agisse para parar a bola

Outro jeito de pensar sobre isso, e isso é um exemplo que você pode vivenciar

Se eu estou em um avião que está em uma velocidade completamente constante

E não há qualquer turbulência no avião

Então se eu estiver sentando no avião bem aqui e ele está voando em uma velocidade constante

Suavemente, sem turbulência

Não há como eu dizer se o avião está se movendo ou não sem eu olhar para fora da janela

Vamos assumir que não há janelas neste avião e que ele esteja indo em uma velocidade constante

E que não há turbulência, e vamos ainda dizer que eu não consiga escutar nada

Não consigo nem escutar as turbinas

Não há como eu sentir que o avião está se movendo

Porque do meu quadro de referência, isso é completemente idêntico

A se eu estivesse no mesmo avião que estivesse em repouso no chão

E outro modo de pensar sobre isso que é na verdade bem intuitivo é que ambos são estados similares

Estando em movimento retílineo uniforme ou em repouso

Você realmente não consegue dizer se você está em um ou em outro