Equação das Três Leis de Newton

F = ma

As famosas leis de Newton (1642-1727) são fundamentais na mecânica clássica, elas descrevem o movimento de um objeto sob a ação de forças. As duas primeiras leis de Newton são descritas em latim na edição original dos Principia Mathematica de 1687.

As três leis de Newton:
• A primeira lei de Newton, também conhecida como princípio da inércia, afirma que todo corpo persevera em seu estado de repouso ou movimento uniforme em linha reta, a menos que alguma força atue sobre ele. Isso significa que, se nenhuma força for exercida sobre o objeto, ele estará parado ou em movimento retilíneo uniforme. Além disso, foi Galileu (1564-1642) quem primeiro descreveu esse fenômeno.
• A segunda lei de Newton afirma que a força aplicada a um corpo é proporcional à aceleração que ele produz.
Esta lei pode ser expressa matematicamente pela equação: F = ma, onde F (em Newtons) é a força resultante aplicada a um objeto, m (em kg) é a massa do objeto e a (em m/s ²) é a aceleração do objeto. Se a força resultante sobre um objeto é zero, então sua aceleração é zero, o que significa que o objeto não acelera, mas permanece em movimento a uma velocidade constante.
• A terceira lei de Newton, também chamada de lei da ação e reação, afirma que para cada ação há uma reação igual e oposta. Isso significa que, se um corpo exerce uma força sobre outro corpo, este último exerce uma força igual e oposta sobre o primeiro corpo.

Para que serve F = ma?
As leis de Newton descrevem como os objetos se movem em resposta às forças que atuam sobre eles. Eles permitem entender como os objetos se movem, giram, aceleram e desaceleram, mas também como os objetos se moverão no futuro dependendo das forças que atuam sobre eles.

Esta lei faz a conexão entre força e movimento. Muitas vezes queremos fazer a ligação entre força e velocidade (que força devo aplicar para atingir tal velocidade?). É útil em muitos campos, como aeroespacial, robótica, gravidade, dinâmica de fluidos, eletromagnetismo, óptica, etc.

Exemplo de cálculo
Suponha que um objeto tenha uma massa de 1 kg e uma força constante de 1 N seja aplicada a ele. De acordo com a segunda lei de Newton (F = ma), a força é igual à massa multiplicada pela aceleração.
Assim, podemos usar a fórmula F = ma para calcular a aceleração do objeto: 1 N = 1 kg x a
Assim, temos: a = 1 N / 1 kg ⇒ a = 1 m/s²
A força de 1 N aplicada ao objeto de 1 kg produz uma aceleração de 1 m/s².
Mais especificamente, isso significa que o objeto ganha uma velocidade de 1 metro por segundo para cada segundo que se move. Por exemplo, se o objeto estava parado inicialmente, após um segundo de aplicação da força de 1 N ele se moveria a uma velocidade de 1 m/s, após dois segundos ele se moveria a uma velocidade de 2 m/s, após três segundos ele se moveria a uma velocidade de 3 m/s, e assim por diante.

N.B.: um newton (símbolo N) é uma unidade de medida derivada do sistema internacional (SI) que mede a força. É definida como a força necessária para acelerar uma massa de 1 quilograma a uma aceleração de 1 metro por segundo quadrado (1 m/s²).
Em outras palavras, 10 N representa uma força capaz de produzir uma aceleração de 1 m/s² em um objeto de massa 10 kg. Mas também, 10 N representa uma força capaz de produzir uma aceleração de 10 m/s² em um objeto de massa 1 kg. 1 m/s representa uma velocidade de 3,6 km/h (aproximadamente a velocidade de caminhada).

Imagem: F = ma, onde F (em Newton) é a força resultante aplicada a um objeto, m (em kg) é a massa do objeto e a (em m/s2) é a aceleração do objeto .
Para atingir a velocidade de 36 km/h (10 m/s) em 1 segundo, um carro de 1 tonelada (1000 kg) deve ser empurrado por uma força F = 1000 x 10 N. Mas para atingir a velocidade de 36 km/h em 10 segundos a força será F = 1000 x 1 N.