Terceira Lei de Newton: conceito e aplicações
Também chamada de Lei da Ação e Reação, ela está presente em vários momentos do dia a dia. Descubra como é definida e conheça alguns exemplos
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A Terceira Lei de Newton, também conhecida como Lei da Ação e Reação, nos ensina que as forças sempre atuam aos pares, ou seja, você não pode exercer uma força sobre algo sem que esse algo também exerça uma força sobre você.
Introduzida pelo matemático, filósofo, astrônomo e físico (na época, filósofo natural) Isaac Newton em seu livro Princípios matemáticos da filosofia natural, a Lei da Ação e Reação faz parte das Três Leis de Newton. Essas leis são a base da dinâmica, área da Física que estuda o movimento dos corpos e as suas causas: as forças.
A seguir, vamos entender melhor o significado da Terceira Lei de Newton e conferir alguns exemplos práticos.
NAVEGUE PELOS CONTEÚDOS
Lei da Ação e Reação: definição
Uma forma de enunciar a Lei da Ação e Reação é:
Para toda ação, há sempre uma reação de mesmo módulo, mesma direção e sentido contrário.
Nesse sentido, “ação” e “reação” são forças. O que a Terceira Lei de Newton diz é que forças existem sempre aos pares. Por exemplo, não tem como você empurrar uma caixa sem que a caixa te “empurre” também.
Lógico, dizer que a caixa “te empurra” não significa que ela vai ativamente dar um empurrão: é uma consequência de ambos os corpos estarem em contato entre si. Ou seja, se você exercer uma força sobre a caixa, irá sentir uma força sendo exercida sobre você.
A força que você exerce sobre a caixa e a força que a caixa exerce sobre você formam o que chamamos de par ação-reação. Conforme o enunciado visto anteriormente, essas forças têm mesmo módulo, mesma direção e sentidos opostos.
As forças de um par ação-reação têm duas características importantes:
- quando falamos de um par ação-reação, são apenas dois corpos envolvidos nessas forças;
- as forças de um par ação-reação jamais se anulam, já que atuam sobre corpos diferentes.
No exemplo da caixa, podemos entender melhor a primeira característica se pensarmos nos corpos envolvidos: somente a mão/pessoa e a caixa foram responsáveis por exercer as forças.
Além disso, a segunda característica tem a ver com o fato de que só faz sentido falar que duas forças se anulam se elas atuarem sobre um mesmo corpo. Como as forças de um par ação-reação atuam sobre corpos separados, elas nunca poderão se anular.
Existe fórmula da Terceira Lei de Newton?
A Lei da Ação e Reação é uma lei conceitual e não tem exatamente uma fórmula, mas podemos representá-la de forma matemática.
Se um corpo A exerce uma força \( \overrightarrow F _{AB} \) sobre um corpo B, então o corpo B exerce uma força \( \overrightarrow F _{BA} \) sobre o corpo A. Essas forças são vetores opostos entre si. Em outras palavras: têm mesmo módulo, mesma direção e sentidos contrários. Matematicamente:
\[ \overrightarrow F _{AB} = - \overrightarrow F_{BA} \]
O sinal de menos indica justamente o fato de que um vetor é o oposto do outro: eles apontam em sentidos contrários.
👉 Leia também: Fórmulas de Física que você precisa saber para o Enem
Exemplos da Terceira Lei de Newton
Existem inúmeros exemplos em que podemos identificar a Terceira Lei de Newton em ação. Alguns casos são:
- Quando caminhamos, nosso pé “empurra” o chão para trás. Como reação, o chão empurra o nosso pé pra frente, e é justamente isso que torna possível o ato de caminhar;
- Um helicóptero só consegue decolar porque suas hélices empurram o ar para baixo. Consequentemente, o ar empurra as hélices para cima, possibilitando o voo do veículo;
- Na natação, se um nadador empurra a água para a direita, a água empurra o nadador para a esquerda.
Também podemos observar a Terceira Lei na imagem abaixo. O extintor empurra os gases e, como reação, os gases empurram o extintor para o sentido oposto. Ou seja, ação e reação! Ah, e por Bart estar segurando o extintor, ele é empurrado junto!
Peso e normal
A força peso de um corpo é a força com que a Terra atrai esse corpo. Todos os corpos, simplesmente por terem massa, interagem entre si, exercendo forças uns sobre os outros. Pode parecer estranho, mas, da mesma forma como a Terra atrai você, você também atrai a Terra, já que tanto você quanto o planeta possuem massa.
O que acontece é que, pela Segunda Lei de Newton e como a massa da Terra é gigantesca, o efeito da força que você exerce sobre ela é desprezível. Já a sua massa é muito menor do que a da Terra, então, se você pular, vai ser puxado para baixo com aceleração igual à da gravidade.
A força normal é um tipo de força exercido entre corpos em contato. Ela recebe esse nome porque é sempre normal (ou seja, perpendicular ou ortogonal) às superfícies em contato.
Na foto abaixo, o gatinho está apoiado sobre a mesa, então ele exerce sobre ela uma força normal para baixo. Como consequência, a mesa exerce uma força normal para cima.
Perceba que, em todos os exemplos, as forças envolvidas nunca se anulam, já que atuam sobre corpos diferentes. É por isso que conseguimos caminhar: as forças de ação e reação envolvendo nosso pé e o chão não se anulam, já que cada força atua sobre um corpo diferente.
Peso e normal são um par ação-reação?
Uma das confusões mais comuns envolvendo a Terceira Lei de Newton é a de que o peso e a normal são um par ação-reação. Mas atenção: Peso e normal não formam um par ação-reação!
Considere, por exemplo, uma bola de futebol em cima de uma mesa. Existem dois argumentos principais que comprovam que o peso da bola e a normal sobre ela não são um par ação-reação:
- o peso e a normal atuam sobre o mesmo corpo (no caso, a bola), logo, podem se anular. Como vimos, as forças de um par ação-reação jamais se anulam, já que atuam sobre corpos diferentes;
- essas duas forças envolvem três corpos: a bola, a mesa e a Terra. Se fosse um par ação-reação, teríamos apenas dois corpos envolvidos.
Eu sei, ainda está confuso, né? Afinal, se a bola estiver em uma mesa horizontal, o peso e a normal terão mesmo módulo, mesma direção e sentidos opostos. São características de um par ação-reação, mas essas forças não formam par ação-reação. Vamos entender melhor!
A bola está em equilíbrio sobre a mesa, logo, a força resultante sobre ela deve ser nula. Isso quer dizer que a soma vetorial do peso e da normal é nula, portanto, P = N (peso e normal são iguais em módulo).
Aqui, já surge uma confusão comum: a de que peso e normal sempre são iguais em módulo. Se inclinarmos a mesa, o peso vai continuar apontando para baixo, mas a normal vai acompanhar a inclinação (já que é sempre perpendicular à superfície). Desse jeito, além de não terem a mesma direção, peso e normal não terão o mesmo módulo.
Quais forças formam par ação-reação com o peso e a normal?
Beleza, vimos os motivos que fazem peso e normal não serem um par ação-reação, mas quais são as outras forças que formam os pares?
No caso da força normal, é a força normal de contato que a mesa exerce sobre a bola, formando 90º entre as superfícies. Lembra que falei que há somente dois corpos envolvidos num par ação-reação? Assim, se a mesa exerce sobre a bola uma força normal para cima, é porque a bola exerce sobre a mesa uma força normal para baixo!
O módulo de ambas as forças normais é igual ao módulo do peso, já que o sistema todo está em equilíbrio. Beleza, mas qual é a força que forma um par com a força peso?
Se o peso é a força com que a Terra atrai a bola, então a outra força é aquela que a bola exerce sobre a Terra! Lembra quando a gente viu que todos os corpos com massa exercem força entre si?
💡 Não se esqueça: se A exerce uma força sobre B, então B exerce uma força sobre A. Sempre falamos em dois corpos quando tratamos de um par ação-reação.
Como usamos a Terceira Lei de Newton no dia a dia?
Como vimos, não existe situação que envolva forças e não envolva a Terceira Lei de Newton, pois, para cada ação, existe uma reação. Por isso, a Lei da Ação e Reação está presente o tempo todo em nossas vidas.
Uma simples caminhada, como vimos, acontece por conta da reação do chão à força que nosso pé exerce. Se empurramos um carrinho de compras, sentiremos um “empurrão” de volta. Um pássaro empurra o ar, que o empurra de volta.
Em todos esses casos, cada força atua sobre cada corpo, por isso elas nunca se anulam. E também é por isso que o universo “funciona”. Afinal, se a força que a gente faz no chão anulasse a força que o chão faz na gente, jamais sairíamos do lugar!
Resumo: Lei da Ação e Reação
Vamos agora aos pontos mais importantes sobre a Terceira Lei de Newton:
- O enunciado da Terceira Lei de Newton (Lei da Ação e Reação) diz que “Para toda ação, há sempre uma reação de mesmo módulo, mesma direção e sentido contrário";
- “Ação” e “reação” se referem a forças, que sempre existem aos pares;
- Um par ação-reação envolve forças que atuam sobre corpos diferentes;
- As forças de um par ação-reação jamais se anulam;
- Alguns exemplos práticos da Terceira Lei de Newton são caminhada, decolagem de helicóptero, natação, peso dos corpos, e força normal entre superfícies;
- O peso de um corpo e a força normal sobre ele não são um par ação-reação.
Exercícios resolvidos: Terceira Lei de Newton
Apesar de as Leis de Newton aparecerem bastante no Enem, a Terceira Lei não costuma ser cobrada diretamente (apesar de aparecer indiretamente, já que forças sempre atuam aos pares). Nos vestibulares em geral, ela costuma ter mais presença.
Pra consolidar tudo que aprendemos, bora treinar com alguns exercícios que já caíram em provas!
Exemplo 1
(Enem PPL 2012) Durante uma faxina, a mãe pediu que o filho a ajudasse, deslocando um móvel para mudá-lo de lugar. Para escapar da tarefa, o filho disse ter aprendido na escola que não poderia puxar o móvel, pois a Terceira Lei de Newton define que se puxar o móvel, o móvel o puxará igualmente de volta, e assim não conseguirá exercer uma força que possa colocá-lo em movimento.
Qual argumento a mãe utilizará para apontar o erro de interpretação do garoto?
a) A força de ação é aquela exercida pelo garoto.
b) A força resultante sobre o móvel é sempre nula.
c) As forças que o chão exerce sobre o garoto se anulam.
d) A força de ação é um pouco maior que a força de reação.
e) O par de forças de ação e reação não atua em um mesmo corpo.
Resposta: [E]
O garoto está certo ao afirmar que, se puxar o móvel, o móvel o “puxará” igualmente de volta. No entanto, essas forças não atuam sobre o mesmo corpo (uma atua no garoto e a outra no móvel), de modo que jamais se anulam. Se fosse assim, ninguém conseguiria mover objetos.
As outras alternativas estão incorretas porque:
A: não faz muita diferença você falar quem é a ação e quem é a reação, além de isso não explicar que as forças de um par ação-reação não se anulam;
B: nem sempre a força resultante sobre um corpo é nula. Isso só acontece quando ele se encontra em estado de inércia;
C: estamos considerando somente as forças de interação entre o garoto e o móvel. A força normal do chão sobre o garoto pode ser anulada pelo seu peso, mas isso não tem a ver com o garoto conseguir ou não deslocar o móvel.
D: pela Terceira Lei de Newton, as forças de um par ação-reação são sempre iguais em módulo.
Exemplo 2
(UEA 2023) Uma pessoa pressiona com a mão o centro de um livro que está apoiado sobre uma mesa, aplicando sobre o livro uma força \( \overrightarrow F \), vertical e que aponta para baixo, como indica a figura.
A força de reação correspondente à força \( \overrightarrow F \), aplicada sobre o livro, aponta
a) para baixo e está aplicada na mesa.
b) para cima e está aplicada na mão.
c) para baixo e está aplicada na mão.
d) para cima e está aplicada na mesa.
e) para cima e está aplicada no livro.
Resposta: [B]
Para resolver, temos que lembrar que, pelo enunciado da Lei da Ação e Reação, as forças de um par ação-reação têm mesmo módulo, mesma direção e sentidos contrários.
Precisamos lembrar também que essas forças atuam sobre corpos diferentes. Com isso, se a força \( \overrightarrow F \) é exercida pela mão sobre o livro e essa força aponta para baixo, então a força de reação está aplicada pelo livro sobre a mão e aponta para cima.
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