O que é a lei da inércia (a 1ª lei de Newton)?

O que é a lei da inércia?

A lei da inércia é a primeira lei de Newton, e ela diz que uma coisa em repouso tende a permanecer em repouso, a menos que uma força seja aplicada sobre ela. O mesmo vale pra quem já está em movimento: sem força resultante, o corpo segue em linha reta e com velocidade constante. Inércia é isso, a tendência que um corpo tem de permanecer naquele estado de movimento, seja parado, seja andando.

É por isso que dá pra puxar uma toalha rápido demais e manter a coisa ali parada no lugar em que ela estava: o corpo parado tende a ficar parado enquanto a toalha escapa por baixo. Foi o que o Papa Francisco fez sem querer no vídeo aí de cima.

Aqui a gente não vai decorar essa definição. Vai entender de onde ela vem, pelo fenômeno, do cinto de segurança à questão do ITA-1997, é sempre a mesma ideia trabalhando.

Onde a inércia aparece no dia a dia?

A inércia aparece toda vez que o ônibus freia e você é jogado pra frente: o seu corpo estava em movimento e tende a continuar em movimento, mesmo depois que o ônibus parou. Não é uma força que te empurra, é a falta de uma força pra te parar junto.

Repara nela em cenas que você já viveu:

• Cinto de segurança: é ele a força que te segura quando o carro para de repente. Sem ele, a inércia te levaria contra o painel.
• Encosto de cabeça: segura a cabeça numa batida traseira, quando o carro é empurrado pra frente e a sua cabeça tende a ficar pra trás.
• A toalha e o vaso: puxa a toalha rápido demais e a coisa fica parada no lugar em que estava.
• Moeda na cartinha: puxa o cartão embaixo da moeda e ela cai no copo, o objeto em repouso tende a continuar em repouso.

Em nenhum desses casos você precisou decorar fórmula. Só entender o que o corpo faz sozinho.

Por que movimento e repouso são relativos?

Movimento e repouso são relativos porque dependem do referencial. Essa ideia de movimento e repouso é bastante relativa: você está lendo isto aparentemente parado, mas a Terra anda a mais de 100 mil km/h em volta do Sol, e ninguém percebe.

E não pense que é invenção minha: esse experimento do navio não fui eu que inventei, eu tirei do livro do Galileu. Dentro de um navio fechado, andando a uma velocidade altíssima mas constante, nenhuma experiência que os caras lá dentro façam diz se ele está parado ou em movimento, a borboleta voa igual pra qualquer direção, todo mundo ali compartilha do mesmo movimento. Eu monto essa ideia inteira no vídeo como viajar de graça usando a lei da inércia.

Por isso a inércia vale tanto pro corpo parado quanto pro que segue em linha reta: são o mesmo estado, visto de referenciais diferentes.

Precisa de força para manter o movimento?

Não. Não é preciso de nenhum esforço para que você se mantenha em movimento uniforme, num movimento com velocidade constante.

Isso quebra a cabeça de muita gente, porque no dia a dia tudo para quando você deixa de empurrar. Mas o que para as coisas é o atrito, uma força, sem força resultante, o corpo simplesmente segue. Força é o que causa a variação do movimento, é o que pega um gato parado e põe ele em movimento. Não é o que mantém o movimento.

Pra inércia, repouso e MRU são o mesmo estado de equilíbrio.

O que é um referencial inercial?

Um referencial inercial é o referencial no qual a árvore está parada, o referencial no qual a árvore está em repouso, ou qualquer corpo que você escolha como parado pra descrever o resto.

E aí entra a sacada do Galileu. Dois carros que andam juntos têm a impressão de estar parados um em relação ao outro, e é essa a definição que o Galileu dá: o repouso é o movimento compartilhado. Dentro do trem, você e o café estão parados um em relação ao outro, mesmo voando pela paisagem, porque movimento compartilhado não é percebido. Eu destrincho essa troca de referencial toda no vídeo como fazer uma mudança de referencial.

A 1ª lei de Newton só vale limpa nesses referenciais que não estão acelerados. Por isso ela é, no fundo, a lei que define qual referencial é inercial.

Por que a massa mede a inércia?

A massa é a medida da inércia: quanto mais massa um corpo tem, mais ele resiste a mudar de velocidade, pra sair do repouso, pra parar ou pra virar.

É por isso que um caminhão precisa de muito mais força, e de muito mais distância pra frear, do que uma bicicleta na mesma velocidade.

Guarda essa ideia, porque ela é a ponte direta pra 2ª lei de Newton: a mesma força aplicada em massas diferentes produz acelerações diferentes, justamente porque a inércia de cada corpo é diferente.

Quais os erros comuns sobre inércia?

São três os erros que quase todo mundo carrega sobre a inércia.

O primeiro é achar que inércia é uma força. Não é: inércia é uma tendência, uma propriedade ligada à massa. Não tem direção, não empurra nada e não entra no diagrama de forças.

O segundo é sobre o atrito. Se você aprender que a força de atrito sempre se opõe ao movimento, está aprendendo errado. A força de atrito contraria a tendência de movimento, e às vezes é ela que arrasta o corpo junto, como o vaso que vem atrás da toalha.

O terceiro é imaginar que precisa de força pra manter o movimento. Já vimos que, em MRU, a força resultante é nula.

Onde a inércia entra nas leis de Newton?

A lei da inércia é a porta de entrada das três leis de Newton. Elas são a teoria mecânica de por que as coisas se movem como se movem, da dinâmica.

A 1ª lei diz quando nada muda: sem força resultante, a velocidade fica constante. A 2ª lei diz quanto muda quando há força resultante, é a segunda lei de Newton que diz que a força resultante é igual à massa vezes aceleração, e é onde a massa que a gente chamou de medida da inércia vira conta. A 3ª lei é ação e reação: quando o menino empurra a parede, a parede reage e empurra o menino pra trás com uma força igual e contrária. Eu desenvolvo as três, com a cinemática inteira antes delas, no vídeo tudo que você precisa saber da base da Física.

A 1ª não é uma versão fraca da 2ª: ela é o caso especial que define o palco, o referencial inercial, onde a 2ª pode ser escrita.

Como resolver a questão do ITA-1997?

Agora a gente fecha o gancho do Papa com conta de verdade. O enunciado do ITA de 1997 é este: um antigo vaso chinês está a uma distância d da extremidade de um forro de uma mesa. Com que aceleração dá pra puxar o forro pra que o vaso não caia?

Enquanto o forro está sob o vaso, o atrito cinético empurra o vaso pra frente. A tendência do vaso, por inércia, é ficar pra trás em relação ao forro, e a força de atrito contraria essa tendência, então ela aponta pra frente. Pela 2ª lei, a aceleração do vaso vale $a' = \mu g$.

O truque dá certo se o forro sair de baixo do vaso antes de o vaso chegar na quina da mesa. Os dois corpos partem do repouso em movimento uniformemente variado: o forro precisa andar a distância D no tempo em que o vaso anda no máximo D − d.

Ou seja: a aceleração do puxão tem que ser maior do que $\mu g D / (D - d)$ pro vaso não ir beijar o chão. Tudo em KaTeX, passo a passo, o mesmo raciocínio de inércia mais atrito das seções anteriores, agora levado até o número.

Onde continuar estudando a mecânica?

Se você entendeu a inércia até aqui, o caminho natural é seguir pela mesma trilha da mecânica:

• 2ª lei de Newton (F = ma), onde a massa que mede a inércia vira conta.
• 3ª lei (ação e reação), as forças que sempre aparecem aos pares.
• Cinemática do MRU e do MUV, os movimentos que a gente montou no vaso chinês.
• Atrito estático e cinético, a força que contraria a tendência de movimento, com calma.
• Provas militares comentadas, pra quem mira ITA, IME, AFA ou EsPCEx, resolvidas passo a passo.

E se você quer a Física inteira, do fenômeno à fórmula e sem decoreba, é isso que eu montei no Lições de Física. Mas isso fica pro fim, depois que a inércia já estiver na ponta da língua.

FAQ: perguntas sobre a lei da inércia