Isaac Newton: Mecânica Clássica e 1ª Lei de Newton


Desde a antiguidade os homens tem se preocupado com o problema do movimento dos corpos e das suas causas. Entretanto, a maneira como este problema é encarado atualmente, só foi desenvolvido há cerca de trezentos anos atrás. Até então, a interpretação dos fenômenos mecânicos era baseada no pensamento de Aristóteles, o grande filósofo grego que viveu no século IV a.C.. Os escritos de Aristóteles formaram a base do pensamento ocidental até o final do Renascimento, quando alguns filósofos, entre os quais se destaca Galileu Galilei, começaram a criar uma ciência moderna. Estes filósofos desenvolveram os conceitos de velocidade, aceleração a força, mais ou menos como se entende atualmente e, mais do que isso, desenvolveram o método científico moderno.

Isaac Newton

Este trabalho culminou na obra de Isaac Newton, que apresentou a grande síntese da Mecânica, no seu livro “Princípios Matemáticos da Filosofia Natural”, publicado em 1686. O pensamento de Newton constituiu a base da chamada Mecânica Clássica, que dominou toda a ciência até o final do século passado. Atualmente, esta teoria é aperfeiçoada pela Teoria da Relatividade de Einstein e pela Mecânica Quântica, mas até hoje constitui o fundamento de grande parte das aplicações práticas da Física.

Antes de Galileu, achava-se que um corpo livre da ação de forças obrigatoriamente deveria permanecer em repouso. Aliás, isso é o que sugerem as observações comuns, e muitas pessoas, até hoje, conservam esta ideia errada. De fato, parece, à primeira vista, que, se não existir nenhuma força atuando sobre um corpo, ele obrigatoriamente deve estar em repouso; parece que o movimento só é possível com a ação de forças. Uma grande descoberta de Galileu foi perceber que isto nem sempre é verdadeiro.

É claro que, se um corpo inicialmente está em repouso e não existe nenhuma força atuando sobre esse corpo, ele naturalmente tende a permanecer em repouso. Esta propriedade natural de todos os corpos é denominada inércia. Devido a inércia, um corpo que já estava em repouso, tende a permanecer em repouso, a menos que uma força, atuando sobre ele, faça iniciar o seu movimento. Assim, devido à inércia dos corpos, é necessário uma força para iniciar um movimento.

Entretanto, assim como existe esta tendência para um corpo permanecer em repouso se já estava em repouso (inércia de repouso), existe também uma inércia de movimento. Isto pode ser comprovado pela observação.

Física

Considere, por exemplo, uma pessoa de pé dentro de um ônibus, sem segurar em nada. Se o ônibus estava inicialmente em repouso e começa a se mover bruscamente, parece que a pessoa é jogada para trás. Na verdade, em relação à Terra, esta pessoa tende a permanecer em repouso, no mesmo local em que estava anteriormente, devido à inércia de repouso. Por outro lado, se o ônibus estava em movimento e freia bruscamente, a pessoa é jogada para frente em relação ao ônibus. Isso mostra que, se a pessoa estava em movimento, ela naturalmente tende a se manter em movimento, comprovando a existência de uma inércia de movimento.

Assim, devido à inércia de movimento, um corpo pode conservar o seu movimento sem a ação de forças, comprovando o que já foi dito: é necessário a ação de forças para iniciar um movimento, mas não para mantê-lo. Outro exemplo que ilustra muito bem esta ideia é o de um foguete em movimento no espaço interplanetário. Na partida, os motores do foguete devem ser ligados, proporcionando a força que o impulsiona para frente. Esta força é necessária para vencer a inércia de repouso e para escapar da atração terrestre. Entretanto, uma vez longe da Terra e de outros astros, os motores do foguete podem ser desligados, que ele permanece em movimento, devido à inércia de movimento.

Enquanto não sofrer a ação de outras forças, esse foguete irá se conservar em movimento, com exatamente a mesma velocidade que possuía no instante em que os motores foram desligados. Além disso, depois de desligados os motores, a sua trajetória será retilínea, isto é, devido à inércia de movimento, um corpo permanece em movimento retilíneo e uniforme (MRU). Muitos poderiam se perguntar porque não ocorre o mesmo com um corpo que é empurrado sobre uma superfície horizontal na Terra. De fato, para empurrar uma caixa sobre o chão, é necessária a existência contínua de uma força para mantê-lo em movimento com velocidade constante. Por que a sua velocidade não se mantém por inércia? É

que neste caso, a caixa não está livre da ação de forças; existe a força de atrito e a força de resistência do ar que se opõem ao movimento. Assim, a força que mantém o movimento é necessária para anular os efeitos dessas forças de resistência. Se não existissem essas forças de resistência, a caixa permaneceria em movimento retilíneo e uniforme sem nenhuma força para empurrá-la.

Todos os corpos possuem uma tendência natural (denominada inércia) para permanecer em repouso se já estavam parados, ou para se manter em movimento retilíneo e uniforme (MRU) se já estavam em movimento. O único movimento que se mantém por inércia, livre da ação de forças, é o movimento retilíneo com velocidade escalar constante. Para aumentar (ou diminuir) a velocidade escalar de um corpo, é necessária a ação de forças. Assim como é necessária a ação de forças para manter um corpo em movimento curvilíneo. Por exemplo, para fazer uma curva com um automóvel em uma estrada, o motorista deve girar o volante aplicando uma força. Se, no meio da curva, o motorista soltar o volante, o automóvel tende a sair pela tangente. É que, devido à inércia, o automóvel tende a se manter em movimento retilíneo e uniforme.