Forças de ação e reação: lei e exemplos

O que são forças de ação?

Para começar, as forças sempre agem em pares e sempre agem em direções opostas. Quando você empurra um objeto, o objeto empurra de volta com a mesma força. Pense em uma pilha de livros sobre uma mesa. O peso dos livros exerce uma força descendente sobre a mesa. Esta é a força de ação . A mesa exerce uma força ascendente igual sobre os livros. Esta é a força de reação . Observe que as duas forças atuam em objetos diferentes. A força de ação atua sobre a mesa e a força de reação atua sobre os livros.

Pares de Forças e Terceira Lei de Newton

A Terceira Lei de Newton afirma que as forças sempre atuam em pares. Considere o exemplo de um menino brincando com o brinquedo de um cachorro e o que ele ilustra. Há uma força do menino no brinquedo do cachorro e há uma força do brinquedo do cachorro no menino. Essas duas forças criam um par de interação . As forças sempre vêm em pares semelhantes a este exemplo. Considere o menino (A) como um sistema e o brinquedo (B) como outro. Que forças atuam em cada um dos dois sistemas? Imagine o garoto puxando um brinquedo e o brinquedo sendo puxado do garoto. Você pode ver que cada sistema exerce uma força sobre o outro. As duas forças – F (A em B) e F (B em A) – são as forças de interação entre as duas. Observe a simetria em: A em B e B em A.

As forças F (A sobre B) e F (B sobre A) são um par de interação , que é um conjunto de duas forças que estão em direções opostas, têm magnitudes iguais e atuam sobre objetos diferentes. Às vezes, um par de interação é chamado de par ação-reação. Isso pode sugerir que uma causa a outra; entretanto, isso não é verdade. Por exemplo, a força do menino puxando o brinquedo não faz com que o brinquedo puxe o menino. As duas forças existem juntas ou não existem.

Nunca pode haver uma única força agindo sozinha. As forças vêm apenas em pares de ação-reação. Pense bem em como impulsionar um skate com o pé. Seu pé pressiona o chão para trás. A força atua no solo. No entanto, você se move, então uma força deve agir sobre você também. Por que você se move? Que força age em você? Você se move porque a força de ação do seu pé contra o solo cria uma força de reação do solo contra o seu pé. Você «sente» o solo porque sente a força de reação pressionando seu pé. A força de reação é o que faz você se mover porque age sobre você.

A Terceira Lei do Movimento de Newton explica que as forças sempre vêm em pares de ação-reação. A Terceira Lei afirma que para cada força de ação, existe uma força de reação igual e oposta. Imagine rebater uma bola de beisebol. O taco exerce uma força na bola. Esta é a força de ação. A bola exerce uma força igual e oposta no taco. Esta é a força de reação. Esse par de interação é outro exemplo da Terceira Lei de Newton. O beisebol força o taco em uma direção e o taco força a bola na direção oposta. As duas forças criam um par de interação em objetos diferentes e são iguais em força e opostas em direção. A força (F) de A (o taco) em B (a bola) é igual em magnitude e oposta na direção da força de B em A: F (A em B) = – F (B em A).

Newton percebeu que, se um objeto puxa outro, o segundo objeto também puxa o primeiro. Se um objeto empurra outro, o segundo empurra o primeiro objeto. Em outras palavras, para cada ação de uma força, há uma reação de outra força.

Diagramas de pares de ação-reação

Ao separar as forças de ação e reação, é útil desenhar diagramas. Separe cada objeto um do outro. Represente cada força como uma seta na direção apropriada. As diretrizes neste gráfico podem ajudá-lo a classificar as forças de ação e reação.

Considere a situação de segurar um livro nas mãos. Você pode desenhar um diagrama para você e outro para o livro. Existem pares de interação? Você pode usar setas para representar a força e a direção da força. Nesse caso, o par de interação é a força do livro na mão e a força da mão no livro.

Exemplos de ação-reação

Já examinamos alguns exemplos. Mas quais são alguns outros exemplos de ação-reação? Vejamos um motor de foguete. A Terceira Lei de Newton explica como funcionam os motores de foguete. Gases quentes são forçados para fora da parte traseira do foguete. Esta é a força de ação. Os gases exercem uma força igual e oposta no foguete. Esta é a força de reação. A reação empurra o foguete para cima e para fora do solo.

Considere também o que acontece quando um mergulhador pula em um trampolim? A prancha salta para trás e força o mergulhador no ar. A força de ação exercida na prancha pelo mergulhador causa uma força de reação da prancha sobre o mergulhador. A força do mergulhador no trampolim é igual e oposta à força exercida pelo trampolim. Pense em como a força do trampolim afeta o desempenho do mergulhador. Quanto maior a força exercida sobre o trampolim, mais alto será o mergulho.

Finalmente, pense em como uma equipe de tripulação usa a Terceira Lei do Movimento de Newton para mover um barco. Quando um remo é colocado na água, a água exerce uma força igual em ambos os lados do remo. No entanto, quando os membros puxam os remos, a superfície do lado plano dos remos empurra contra a água. A água empurra os remos com uma força igual e oposta. O barco se move na direção oposta aos remos com uma força igual à dos remos quando eles empurram contra a água. O barco se move porque as forças contra ele são desequilibradas. Por que você acha que é importante que todos os membros da tripulação puxem os remos ao mesmo tempo? Bem, se os membros da tripulação não trabalharem juntos, suas próprias forças se equilibrarão, diminuindo a força desequilibrada geral que estão tentando alcançar.

Um aspersor rotativo de água é outro exemplo de ação e forças de reação. A água é expelida do sprinkler. Esta é a ação. A reação é o movimento dos braços do aspersor para longe da água. Você sente o mesmo tipo de reação quando segura uma mangueira de água e abre a torneira rapidamente. Você pode ter visto bombeiros lutando para controlar uma mangueira de incêndio. A mangueira é forçada para trás quando a água sai dela. Esta reação torna a mangueira difícil de manusear.

O polvo e a lula também usam a Terceira Lei do Movimento de Newton. Um polvo ou lula se move primeiro atraindo água para seu corpo. Em seguida, o animal espreme a água com força para fora de seu corpo por uma abertura atrás da cabeça. A força da água expelida move o animal na direção oposta.

Aqui está um exemplo final ao pensar sobre a Terceira Lei de Newton e a noção de que as forças reagem em direções opostas; você acabou de encher um balão. Primeiro, segure-o com a abertura para baixo e solte. Em que direção o balão se move? Com a abertura para baixo, o balão se move para cima. Encha o balão novamente, segure-o horizontalmente e deixe-o ir. Em que direção o balão se move? O balão se moverá horizontalmente para longe da extremidade de onde o ar está escapando. Como você explicaria por que os dois balões não se movem na mesma direção? A direção do movimento é oposta à direção do ar que escapa.

Resumo da lição

As forças sempre atuam em pares. A Terceira Lei do Movimento de Newton afirma que para cada força de ação existe uma força de reação igual e oposta. Pares de ação-reação podem ser vistos em todas as partes da vida, desde beisebol e skate até animais marinhos e foguetes. Ao discernir uma ação e uma força de reação, você pode querer considerar o desenho de um diagrama que ilustra os objetos sobre os quais a força está agindo e a direção dessas forças.

Terceira Lei do Movimento de Newton

Para cada força de ação, há uma força de reação igual e oposta
Também chamados de pares de ação-reação
Um diagrama de pares de ação-reação às vezes é útil para determinar a força de ação e reação

Resultados de Aprendizagem

Depois de terminar, você deverá ser capaz de:

Lembre-se da Terceira Lei do Movimento de Newton
Explique a relação entre as forças de ação e reação
Dê um exemplo de um par ação-reação