Mais sobre a terceira lei de Newton

RKA18MP Neste vídeo, vamos falar um pouco mais a respeito da terceira lei de Newton, principalmente porque existem alguns equívocos a respeito dessa lei. Ela parece realmente simples, mas não é algo tão simples quanto alguns pensam. As pessoas costumam relacioná-la a uma frase muito comum: "Para toda ação, há uma reação igual e oposta". Mas essa é uma afirmação muito vaga, e inclusive existe uma outra versão dela, só que um pouco melhor, que diz o seguinte: "Para toda a força, há uma força igual e oposta". O "igual" significa que essas forças têm a mesma magnitude, e este sinal de negativo significa que, apesar dessas forças terem a mesma direção, os vetores têm sentidos opostos. Estes são os vetores. Então, o que acabamos de dizer é que esse vetor "F", em rosa, tem o sentido oposto, mas tem a mesma magnitude desse vetor "F", em verde. Mas para mostrar a vocês que isso ainda é muito vago, vamos considerar que isso aqui seja tudo que você sabe a respeito da terceira lei de Newton: que para toda a força, há uma força igual e oposta. E aí, você poderia se perguntar o seguinte: "Se para cada força "F" há uma força igual e oposta, quer dizer que todas as forças do universo se cancelam? Não deveriam todas as forças se cancelarem no mesmo ponto?" Se toda força se cancela, isso significa que a aceleração não é possível? Porque se eu for exercer uma força "F" em algo, vai haver uma força "F" negativa! Então, não importa quanta força eu aplique: ela sempre será cancelada! Bem, a reposta para tudo isso é "não"! A razão para que essa resposta seja "não", é porque estas duas forças são exercidas em objetos diferentes. Então, precisamos ter cuidado. Eu estou fazendo essas declarações a respeito da terceira lei de Newton porque ainda há muitos equívocos sobre ela, e principalmente porque ela se refere à forças aplicadas a objetos diferentes. Então, se esta força sobre o objeto "A" for exercida sobre o objeto "B", esta força aqui deve ser a força sobre o objeto "B", exercida pelo objeto "A". Ou seja, estas forças estão sendo exercidas em objetos diferentes. Vamos colocar aqui dois objetos diferentes para exemplificar o que isso significa. O objeto "A" tem uma força "F", em verde, sendo exercida sobre ele. Então, este objeto aqui é o nosso objeto "A", ok? Vamos desenhar o nosso outro objeto, vamos colocar aqui o objeto "B". Então, este aqui é o objeto "B", que tem uma força "F" negativa sendo exercida sobre ele. Vou chamar isto aqui de objeto "B". Agora, nós sabemos que estas forças não se cancelam, e a razão disso é porque elas estão sendo exercidas em dois objetos diferentes. Mas quando você diz que a terceira lei de Newton é que toda força tem uma força igual e oposta, não está claro que ela é aplicada em objetos diferentes. Mas como eu disse: estas forças têm que ser aplicadas em objetos diferentes. Inclusive, muitas vezes dizemos que as forças atuam em pares, e que cada uma das forças desse par é aplicada a objetos diferentes. Para facilitar o entendimento, eu vou usar a primeira letra para representar o objeto no qual a força está sendo aplicada. Então, este "A" aqui representa que esta força "F", em verde, está sendo aplicada sobre o "A", e ela é exercida pelo objeto "B". Ou seja, a primeira letra diz que a força está sendo aplicada ao primeiro objeto, e esta força está sendo exercida pelo segundo objeto, que é a segunda letra. Então, essa força em rosa é aplicada ao objeto "B, e esta força em verde, ao objeto "A". Elas são iguais e opostas: elas não se cancelam! Elas não podem se cancelar porque elas não estão sendo aplicadas no mesmo objeto. É por isso que elas não se cancelam, mesmo tendo a mesma magnitude. Outra coisa que causa muito equívoco é dizer que as forças têm a mesma magnitude desde que os dois objetos sejam do mesmo tamanho, ou que tenham a mesma massa. Ou seja, vamos dizer então que o objeto "A" seja uma estrela, e vamos dizer que este objeto "B" é um pequeno planeta que está orbitando ao redor da estrela. Um detalhe: eles não estão na mesma escala, ok? Apesar deste planeta poder até ser muito grande e ter uma massa até considerável, esta estrela que pode ser milhões de vezes mais massiva do que esse planeta. Mas mesmo tendo essa diferença de massa, os dois exercem a mesma magnitude de força, um sobre o outro. Então, se esta estrela aqui está atraindo o planeta através de sua força "F" negativa, representada aqui em rosa, logo, planeta está sendo puxado por esta estrela, por essa força "F" em verde. E estas duas forças têm a mesma magnitude, ou seja, têm a mesma intensidade, mesmo a estrela e o planeta tendo massas e tamanhos diferentes. Então, concluindo: muitas pessoas citam a terceira lei de Newton, mas às vezes elas não entendem o que estão falando. Se eu dissesse, por exemplo, que este planeta é milhões de vezes menos massivo do que a estrela, as pessoas iriam dizer que, obviamente, a estrela estará atraindo mais o planeta do que o planeta estará atraindo a estrela. Mas isso não está de acordo com a terceira lei de Newton, porque ela diz que a atração deve ser igual, mesmo com tamanhos diferentes. Então, se isto aqui fosse o Sol, e isto aqui fosse a Terra, o Sol iria atrair a Terra com a mesma intensidade que a Terra atrairia o Sol. Talvez você ainda se oponha a isso, e ainda ache que isso não faz sentido, principalmente porque sabemos que a estrela fica parada em seu lugar, e é o planeta que gira ao redor dela. Então, como o planeta consegue girar ao redor da estrela enquanto ela fica parada? Isso é porque as forças têm a mesma magnitude, mas isso não significa que o resultado das forças é igual. Ou seja, as forças podem até ser iguais, mas a aceleração não é necessariamente a mesma. A aceleração equivale a força resultante aplicada sobre um corpo dividida pela massa do próprio corpo. Então, mesmo que a força seja a mesma, se dividirmos pela massa, teremos uma aceleração diferente, e é por isso que o resultado da força também não é o mesmo. Outro mal entendido que as pessoas às vezes cometem é pensar que existe um atraso da força de reação em relação à força de ação. Ou seja, elas costumam pensar que talvez, se exercerem esta primeira força rapidamente, o universo pode estar distraído e, quem sabe com alguma sorte, ocorra um atraso na criação desta outra força. Mas isso nunca irá acontecer, porque a terceira lei de Newton é universal. Não importa qual seja a situação, não importa qual é a aceleração, se há aceleração, ou qual é o movimento, ou a ausência dele, se o objeto é enorme ou minúsculo... Enfim, a terceira lei de Newton nos diz que elas devem ser iguais e opostas. Elas sempre serão iguais em módulo e opostas a todo momento no tempo. E mesmo que eu tente dar um "roundhouse kick", bem no estilo Chuck Norris... OK, isso aqui não se parece com um "roundhouse kick", não é? Mas mesmo que eu viesse dando uma voadora na parede, ao mesmo tempo que eu fizesse contato com a parede, eu iria exercer uma força sobre ela, e ela iria exercer uma força para trás sobre mim. Essa é a força exercida sobre a parede pelo meu pé, e terá uma força igual e oposta sendo aplicada para trás sobre o meu pé. Então, essa é a força aplicada sobre o meu pé pela parede. E isso acontece instantaneamente: não há um atraso! Você não pode chutar essa parede rápido o suficiente para que não haja uma força sendo aplicada ao mesmo tempo. Assim que meu pé começar a aplicar uma força na parede, a parede também começar a aplicar a mesma força, só que oposta, sobre o meu pé. A menos que você seja o Chuck Norris, não é? Porque as leis da Física não se aplicam a ele. Então, como eu disse: a terceira lei de Newton é universal. Mas as pessoas ainda têm dificuldades em entender que as forças atuam em pares. A melhor maneira de fazer isso é listando ambos os objetos. Assim que você lista ambos os objetos, você descobre onde o par de forças está, aí você pode criar esses rótulos aqui. Então eu sei que aqui, se uma das forças é a aplicada à parede pelo meu pé, para encontrar a outra força neste pé, eu posso apenas inverter estes rótulos, e dizer que a força aplicada no meu pé pela parede é esta que eu desenhei bem aqui. Esta é uma ótima forma de identificar o par de forças da terceira lei de Newton, principalmente porque isso nem sempre é algo fácil de se fazer. E deixe-me mostrar um exemplo de quanto isso é bem complicado às vezes. Considere este exemplo aqui: digamos que aqui temos o chão e, aqui, uma mesa. Esses exemplos deixam as pessoas loucas, por algum motivo. Se eu colocar uma caixa "A" sobre a mesa, vai haver forças sendo exercidas sobre ela. Uma dessas forças é a força gravitacional, ou força peso. A força da gravidade vai puxar a caixa "A" para baixo. Se eu fizesse a seguinte pergunta: de acordo com a terceira lei de Newton, qual força está se opondo à força da gravidade? Aposto que haveria muitas pessoas dizendo: "Deve haver uma força para cima aplicada sobre a caixa pela mesa". E isso é verdade. Se esta caixa "A" estiver apenas parada sobre a mesa, se não houver aceleração, estas duas forças serão iguais e opostas. É muito tentador dizer que essas duas forças são iguais e opostas de acordo com a terceira lei de Newton, mas isso não é verdade. Estas duas forças são iguais e opostas, mas de acordo com a segunda lei de Newton. A segunda lei diz que, quando não há aceleração, a força resultante é zero, e as forças se cancelam nesse caso. É exatamente isso que está acontecendo aqui: estas duas forças são iguais e opostas, e estão sendo canceladas sobre a caixa. E esta é a forma de sabermos que ela não está de acordo com a terceira lei, porque a terceira lei nos diz que as forças são aplicadas a objetos diferentes. Elas nunca se cancelam, se estamos falando da terceira lei. Então, o que está acontecendo aqui? Nós temos duas forças se cancelando, que são iguais e opostas, mas não são explicadas pela terceira lei. Este par de forças é explicado por outra coisa, como eu já te falei. Então, para entender legal, finja que eu não desenhei estas forças aqui ainda. Vamos fazer isso bem devagar para descobrir qual é o par de forças. Primeiro, vamos nomear estes dois objetos que estão interagindo, ok? Então, esta daqui é a força da gravidade, mas isso é um pouco vago, então eu vou chamá-la de força sobre a nossa caixa "A". A gente não pode simplesmente dizer gravidade porque a gravidade não é um objeto. Este objeto que está aplicando uma força gravitacional sobre o objeto "A" é a Terra. Então, esta força realmente é a força da gravidade. Mas, para não nos confundirmos, vamos chamar de força sobre o objeto "A", que está sendo exercida pela Terra. Então agora, ficou um pouco mais fácil de descobrimos onde está o par de forças, não é? O par de forças pode ser encontrado se invertermos estes índices aqui. Então, em vez de termos a força aplicada no objeto "A" pela Terra, teremos uma força igual e oposta, que é a força aplicada na Terra pela caixa "A". E "oposta" significa que ela está apontada para cima, e esta força para cima deve ser a força aplicada na Terra pela caixa "A". Isso pode parecer um pouco estranho, não é? Talvez você não tenha percebido, mas se a Terra está atraindo a caixa, ou até mesmo você, para baixo, significa que você está atraindo a Terra para cima. Isso pode até parecer ridículo de imaginar. Quero dizer, se você pula para cima, cai de volta para baixo. Você até se movimenta, mas a Terra não. Se as forças são iguais, porque a Terra não se move igual a você? Novamente, isso ocorre porque, apesar das forças terem a mesma intensidade, as acelerações não são as mesmas. A massa da Terra é enorme em comparação com a sua massa, então não há aceleração alguma, mesmo que as forças sobre você e a Terra sejam as mesmas. Então, estas duas forças compõem o par de forças da terceira lei de Newton, e elas têm que ser iguais, não importa o que aconteça. Não importa se esta caixa está sofrendo aceleração, se está em movimento ou não, ou que você chute uma parede, ou coloque uma caixa sobre uma mesa, ou se você estiver caindo através do espaço: estas duas forças sempre serão iguais e opostas, segundo a terceira lei de Newton. Mas e esta outra força, aplicada à caixa "A" pela mesa? Se eu quiser escrever corretamente, eu diria que é uma força sobre a caixa "A" aplicada pela mesa. Para encontrar um par de forças, de acordo com a terceira lei, eu apenas tem o que reverter estes índices aqui, e nós teremos isto. E em vez de uma força para cima, teremos uma força aplicada para baixo: a força aplicada na mesa pela caixa "A". Então, nós teremos uma outra força aqui sobre a mesa, que será uma força para baixo, uma força para baixo aplicada sobre a mesa pela caixa "A". Estas forças formam o par de forças, pela terceira lei. E estas forças também têm que ser iguais. Elas serão iguais e opostas, independente do que aconteça. A força aplicada na caixa "A" pela mesa e a força aplicada na mesa pela caixa "A" sempre serão iguais. Mas a força aplicada à caixa "A" pela mesa não será igual e oposta à força aplicada à caixa "A" pela Terra. Ela só será igual e oposta se não houver aceleração. Mas e se nós tivermos essa mesma situação só que dentro de um elevador ou de um foguete? Se houver uma aceleração para cima, as forças do par devem ser iguais. Então, a força aplicada na caixa "A" pela mesa e a força aplicada na mesa pela caixa "A" deverão ser iguais, da mesma forma que a força aplicada na Terra pela caixa "A" e a força aplicada na caixa "A" pela Terra. Por outro lado, estes pares de forças não serão iguais entre si. Dessa forma, a força que a Terra exerce sobre a caixa não será igual à força que a mesa exerce sobre a caixa. Elas podem até ser iguais e opostas em algumas circunstâncias, mas isso não quer dizer que elas serão sempre iguais e opostas. Se nós acelerarmos o sistema para cima, esta força para cima sobre a caixa vai ser maior do que a força para baixo sobre a caixa. Assim, elas não serão iguais. Então, vamos recapitular rapidamente o que vimos. A terceira lei de Newton está relacionada a forças aplicadas em objetos diferentes e, por serem aplicadas em objetos diferentes, essas forças não podem se cancelar. Para encontrarmos o par de forças de acordo com a terceira lei de Newton, basta inverter os índices após identificar os dois objetos que estão interagindo. As forças do par da terceira lei de Newton deve ser iguais em magnitude, mesmo que os objetos tenham tamanhos diferentes, ou alguma característica que, possivelmente, faria que um tivesse mais força que o outro. Suas forças sempre serão iguais em magnitude, mas terão sentidos opostos. Por último, as forças instantaneamente geram a sua outra força do par. Além disso, podemos ter duas vocês iguais e opostas sendo aplicadas sobre o objeto, mas isso se deve a outros motivos. De acordo com a terceira lei de Newton, essas duas forças sempre devem ser aplicadas em objetos diferentes.