Primeira lei de Newton

RKA1JV 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 o corpo continua em seu estado de repouso ou de movimento retilíneo uniforme a menos que seja obrigado a mudar o seu estado por forças aplicadas sobre ele. Outro modo de colocar o que está sendo dito é que todo o corpo continua, ou seja, tudo continua em repouso ou se movendo em uma velocidade constante. A não ser que ele seja obrigado a mudar o seu estado por força, ou seja, a não ser que uma força seja exercida sobre ele, especialmente uma força resultante, e eu explicarei o que é isso em breve. Se eu tenho algo que esteja em repouso, completamente parado, digamos que eu tenha, isso é algo que já vimos antes, digamos que eu tenho uma pedra. Eu tenho uma pedra em algum lugar e ela está lá em repouso sobre um gramado, eu posso continuar observando aquela pedra e é improvável que ela se mexa, assumindo que nada aconteça com ela, óbvio. Se não tem força nenhuma sendo aplicada sobre aquela pedra, ela simplesmente vai continuar ali, então, a primeira parte é um pouco óbvio, todo o corpo continua em seu estado de repouso. Eu ainda não vou entrar na segunda parte: "a menos que seja obrigado a mudar o seu estado por forças aplicadas sobre ele". Claramente, uma pedra vai continuar em repouso a menos que alguma força seja aplicada sobre ela, a menos que alguém esteja tentando empurrá-la, rolá-la ou fazer qualquer coisa com ela. O que é um pouquinho menos intuitivo sobre a primeira lei é a segunda parte: todo o corpo continua em seu estado de repouso ou em movimento retilíneo uniforme a menos que seja obrigado a mudar o seu estado por forças aplicadas sobre ele. Essa é a primeira lei de Newton e eu acho que eu devo fazer um parênteses aqui, porque essa imagem pequena aqui é o Newton, e se estamos falando da primeira lei de Newton, por que eu tenho esse retrato enorme desse outro cara aqui ao lado? A razão é que a primeira lei de Newton, na verdade, é simplesmente uma re-expressão da lei de inércia desse cara, e esse cara, outro titã da civilização, é o Galileu Galilei. Newton apenas reformulou um pouquinho, e empacotou junto com as suas outras leis. Claro que ele fez muitas e muitas e muitas outras coisas importantes, mas a gente precisa dar crédito a Galileu pela primeira lei de Newton. Por isso que eu o fiz ficar maior aqui, mas eu estava no meio do meu pensamento. Se algum corpo está em repouso, ele vai continuar assim a menos que alguma força resultante seja aplicada sobre ele. A gente fala força resultante porque você pode ter duas ou mais forças que se anulam sendo exercidas sobre um corpo. Por exemplo, eu posso empurrar a pedra do lado esquerdo com uma certa quantidade de força. Se você empurrar para o lado direito da pedra exatamente com 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, então, se você tiver uma força resultante, eu acabei de perceber que talvez a pedra seja uma má analogia. Vamos mudar para o gelo porque o gelo é mais fácil de se mexer, ou gelo sobre gelo. Então, temos uma superfície de gelo aqui e, em cima disso, temos um bloco de gelo. Mais uma vez, estamos familiarizados com a ideia de que, se não há nenhuma força sendo exercida sobre ele, o gelo não se mexerá, mas o que acontece se eu estou empurrando gelo com uma certa quantidade de força desse lado? E você está 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. O único jeito de um gelo mudar de seu estado de repouso é se a força resultante não for nula. Se adicionarmos um pouco de força desse lado, de modo que ela seja maior do que a força do lado oposto, então, você irá ver que o bloco de gelo começa a se mover, começa realmente a acelerar naquele sentido. Mas eu acho que essa é a parte trivial, algo que está em repouso continuará em repouso a menos que uma força resultante não nula seja aplicada. O que é menos óbvio é a ideia de que algo em movimento retilíneo uniforme, que é outro modo de dizer que é algo com velocidade constante. O que ele está falando é que algo que tem velocidade constante continuará a ter velocidade constante para sempre a não ser que uma força resultante não nula seja exercida sobre ele. Isso é muito 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 tênis, aquela bola de tênis eventualmente vai parar, ela vai voltar ao seu estado de repouso. Ou se eu jogar uma bola de boliche, enfim, qualquer coisa. Nós nunca vemos, pelo menos na nossa vida, sempre parece que as coisas irão eventualmente parar, então, essa ideia não é muito intuitiva, algo em movimento continuará em movimento indefinidamente. Tudo em nossa intuição humana diz que se você quer que algo continue em movimento, você terá que continuar aplicando 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? Em todos esses exemplos, eu acho que essa é uma sacada brilhante desses dois caras. O que acontece é que todas essas coisas continuariam 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 do gelo, mesmo que gelo sobre gelo não gere muito atrito, ainda assim há algum atrito entre os dois. Você tem, nessa situação, a força de atrito que estará sendo exercida contra a direção do movimento do gelo e o atrito, na verdade, vem de um nível atômico. Se você olhar para a estrutura da treliça das moléculas da água do cubo de gelo, aqui está essa estrutura. Elas meio que colidem e raspam entre si, mesmo que ambas sejam lisas, há algumas imperfeições aqui, elas colidem, raspam, gerando um pouco de calor, e isso essencialmente estará trabalhando contra o movimento. Há uma força de atrito que está sendo aplicada aqui, e é por isso que o bloco está parando, 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 não 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 que a bola não tenha batido no chão, ela não vai continuar rolando para sempre devido ao atrito, 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. Eles puderem imaginar que naquela realidade um objeto iria simplesmente continuar em movimento e, francamente, a razão pela qual Galileu provavelmente foi bom em pensar nisso foi porque ele estudou as órbitas dos planetas. Provavelmente, ele teorizou: "Talvez não tenha ar por lá, por isso os planetas conseguem simplesmente continuar dando voltas e mais voltas sobre suas órbitas". Eu devo falar velocidade escalar, porque a direção fica mudando, a velocidade linear permanece constante porque não tem nada no espaço para desacelerar esses planetas. De qualquer modo, espero que vocês tenham achado isso tão fascinante quanto eu acho porque, em um nível, isso é super óbvio, mas, em outro nível, isso é completamente não trivial. Especialmente, essa parte do movimento retilíneo uniforme. Apenas para deixar meu ponto claro, se a gravidade desaparecesse, não houvesse ar, se você fosse jogar a bola, essa bola literalmente continuaria se movendo na mesma direção para sempre a menos que 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. Se eu estivesse sentado no avião bem aqui e se ele está voando em uma velocidade constante, suavemente, sem turbulência, não há como dizer se o avião está se movendo ou não se eu não olhar para fora da janela. Vamos assumir que não há janelas nesse avião e que ele esteja indo em uma mesma velocidade constante, se não há turbulência, e vamos ainda dizer que eu não consigo escutar nada, eu não consigo escutar as turbinas. Não há como sentir que o avião está se movendo, porque do meu referencial, isso é completamente idêntico a se eu estivesse no mesmo avião em repouso no chão. Um outro modo de pensar sobre isso, que na verdade é bem intuitivo, é que ambos os estados são similares. Estando em movimento retilíneo uniforme ou em repouso, você realmente não consegue dizer se você está em um ou em outro.