Como iniciar uma aula de Ação e Reação

Para que essa aula tenha efeito motivante e atraente à turma, providencie ilustrações de um foguete espacial, de um servente de pedreiro carregando um carrinho de tijolos e de um navio. Essas ilustrações deixarão a turma com os primeiros sinais de curiosidade. Acredite, funciona mesmo!

Uma verdadeira aula de ação e reação deve ser iniciada sem definir logo de cara esse terceiro princípio de Newton.

Deixe os alunos curiosos falando primeiramente de algumas situações que envolvem esse assunto, tais como as representadas nas ilustrações sugeridas e, em seguida, fale da história desse princípio que se iniciou pelo conhecimento intuitivo ou empírico até chegar ao enunciamento em termos abstratos no século XVIII pelo inglês Isaac Newton.

E para finalizar a introdução, dei uma sugestão, que está no item 3 sobre um dos casos em que não ocorre ação e reação para fins de comparação e, dessa forma, o estudante não faça confusão.

Os conceitos de Física podem parecer complicados. Mas, na realidade, a Física também estuda e explica fenômenos corriqueiros, que aparecem na vida de qualquer um.

Vamos começar?

1 - O servente de pedreiro tinha um problema. Enquanto empurrava o carrinho carregado de tijolos, ia ruminando o noticiário da véspera: "Como é que estava no jornal mesmo? A reação...Não, não é isso. Ora essa! Eu tinha decorado!"

Parou, pensativo.
"A toda ação corresponde uma reação igual e diretamente oposta. É isso mesmo!"

Continuou a rodar o carrinho e foi murmurando repetidamente o enunciado.

"O jornal disse que sem saber isso ninguém podia ter ido até a Lua. Que sem isso, que o tal Newton inventou, não podia existir quase nada do que a gente faz. Nem este prédio que eu estou fazendo. Será mesmo verdade?"

Parou de novo, repetiu em voz alta o tal Terceiro Princípio da Mecânica, o Princípio de Newton.

"Do jeito que o jornal explicou, se eu empurrar o carrinho pra frente, o carrinho vai me empurrar pra trás. Nem ele e nem eu vamos sair do lugar, pois a reação não é igual?"

Mas ele empurrava o carrinho e como é que o carrinho não o empurrava para trás de acordo com o princípio, por que não vinha a tal reação igual e diretamente oposta?

Onde está o erro de raciocínio do servente? O princípio está enunciado corretamente, o jornal estava certo e Newton também. E como é que o carrinho anda? Na verdade, trata-se de um mal-entendido.

O servente de pedreiro não tinha entendido bem a explicação: ao ler "reação igual e contrária" pareceu-lhe que o corpo que reage devesse comportar-se exatamente da mesma forma que o corpo que age. Mas não é bem assim.

A chave da compreensão do problema está no ponto de aplicação da força.
(explicar aos alunos a definição de ponto de aplicação da força e sua localização, pois todo professor de Física sabe o que é isso)

O movimento do carrinho depende da aplicação de diversas forças, que precisam ser analisadas uma a uma.

Em primeiro lugar, considere-se o pedreiro, isoladamente.

Qualquer movimento dele é conseguido graças à reação do solo: este reage, com uma força igual e contrária ao esforço muscular que tende a projetar o corpo do homem para a frente.

Na realidade, o funcionamento dos músculos produz 2 forças em sentidos opostos: uma que se aplica ao solo, outra que se aplica ao próprio corpo. Sem a reação do solo, a perna se distenderia sem haver movimento do homem para o outro lado. As 2 forças agem sobre corpos diferentes.

Agora, o pedreiro empurra o carrinho. Suas mãos exercem forças sobre ele: são as ações. E o carrinho reage com forças iguais aplicadas sobre as mãos do pedreiro.

2 - Um foguete espacial funciona também com base no mesmo princípio: a velha lei da ação e da reação.

O gás que explode continuamente lá dentro só tem um lugar por onde se expandir: a abertura de escapamento, na popa do foguete, por onde ele sai com violência. A ação de saída do gás provoca uma reação contra a base oposta do foguete, impelindo-o, assim, para a frente. É o "coice" que o empurra.

Baseado nos 2 itens acima, um trecho chamou a atenção: corpos diferentes.
Para que a terceira lei de Newton tenha efeito, as forças opostas atuam em corpos diferentes e, para ficar bem claro, o esquema pode ser feito assim:

A) A força do servente (F1) age sobre o carrinho.
Logo: F1 no carrinho.

B) A força do carrinho (F2) reage ao servente.
Logo: F2 no servente.

Repare que carrinho e servente (em "no carrinho" e "no servente") são corpos diferentes (ou distintos).

C) A força do gás (F3) age na base do solo que apoia o foguete.
Logo: F3 no solo.

D) A força de reação do solo (F4) impulsiona o foguete para subir.
Logo: F4 no foguete.

Repare que solo e foguete (em "no solo e "no foguete) são corpos diferentes.

A partir dessa linha de raciocínio, vem a definição:
A lei da ação e da reação (Terceita Lei de Newton) consiste na atuação de 2 forças opostas que agem em corpos diferentes e, por isso, não se anulam.

3 - Com a compreensão do princípio, podemos agora abordar um caso clássico em que não ocorre ação e reação e que, às vezes, é muito cobrado em vários vestibulares: a força PESO (P) com a força NORMAL (N) que aparecem frequentemente em problemas envolvendo a aplicação da Segunda Lei de Newton (proporcionalidade entre força e aceleração):

Conforme foi explicado na Segunda Lei de Newton, Peso (P) é a força da gravidade exercida por um astro (Terra e Lua, por exemplo), aplicada a qualquer corpo; e força normal (N) é a força realizada por uma superfície sobre a qual está um corpo.

I) Na superfície horizontal



O peso da Terra exerce ação sobre o bloco: Terra no bloco.
A força normal da superfície exerce ação também sobre o bloco: superfície no bloco.

Nas duas situações acima, o bloco é o que sofre a ação. Como ocorre no mesmo corpo (o bloco), as forças P e N não constituem par ação-reação e, portanto, se anulam, já que ocorrem na mesma direção e em sentidos opostos.

II) No plano inclinado



O raciocínio é o mesmo aplicado na superfície horizontal, sendo que no plano inclinado N e Py é o par, mas também não constitui ação e reação por atuar no mesmo corpo e também se anulam porque a direção é a mesma e em sentidos opostos.

PARA NÃO ESQUECER: Forças que definem par ação-reação também se posicionam em sentidos opostos, porém não se anulam por atuarem em corpos distintos ou diferentes.

HISTÓRICO DO PRINCÍPIO

O princípio de ação e reação tem tido muito mais aplicações práticas na Terra do que na astronáutica. Se o homem não tivesse tido conhecimento intuitivo ou empírico desse princípio, não teria construído navios, veículos, armas e nem o mais rudimentar dos instrumentos. A própria civilização, enfim, não existiria, sem esse princípio aplicado às atividades humanas através dos séculos. Nem teria sido possível a Revolução Industrial, por exemplo.

Mas foram precisos milênios para que o homem pudesse enunciar tal princípio em termos abstratos. Só no século XVIII é que o inglês Isaac Newton o formulou.

Depois dessa aula de introdução, o professor de Física pode usar os exercícios para reforçar toda a introdução sugerida aqui.

Um abraço e espero que eu tenha ajudado.
Professor Marcos Vinicius Cavalcante