O que é inércia?

Afinal, o que é inércia? A inércia é uma das mais conhecidas leis de Newton, ou leis do movimento. Sua aplicação é uma condição básica do movimento uniforme, pois, na ausência de uma força resultante, a aceleração do corpo é sempre nula. Em outras palavras, um corpo só pode mudar seu estado de movimento no momento que uma força externa resultante diferente de zero atuar sobre ele.

No cotidiano é possível experimentar a inércia em variadas ocasiões: uma freada brusca dentro de um carro, a sustentação de qualquer objeto com uma corda, ou no processo de secagem de uma máquina de lavar roupa. Seu desenvolvimento, apesar de proposto por Galileu, foi elaborado por Isaac Newton em 1687.

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Resumo sobre inércia

• Inércia é uma condição em que a força resultante sobre o corpo é nula.
• No dia a dia, é possível experimentar a inércia em diversas ocasiões, como frenagens e sustentação de corpos.
• Para determinar matematicamente a inércia, basta assumir que as forças que atuam sobre o corpo devem ter resultante igual a zero.
• A inércia foi proposta por Isaac Newton, em seu trabalho Principia Mathematica.

Lei da inércia

A lei da inércia, ou primeira lei de Newton, afirma que um objeto em repouso permanece em repouso, e um objeto em movimento permanece em movimento, com velocidade constante (isto é, na mesma direção e sentido), a menos que sofra ação de forças externas que gere uma resultante não nula. De forma sistematizada, a inércia representa a resistência de um corpo para qualquer mudança do estado de movimento.

Por exemplo: O que seria mais difícil de movimentar? Um carrinho de compras com 10 sacos de arroz de 10 kg ou um carrinho com 3 pacotes de 1 kg de feijão? Quanto maior a massa do objeto que tende a mudar seu movimento, maior a força externa necessária para realizar essa ação. Assim, é possível dizer que a massa representa uma das formas de medir a inércia de um objeto.

Veja também: Primeira lei de Newton — detalhes sobre a lei da inércia

Inércia no cotidiano

Existem diversas formas de experimentar, de forma prática, a ação da inércia no cotidiano. Algumas em destaque são:

• Parada brusca de um veículo: Quando uma pessoa se encontra em um veículo grande, como um ônibus ou metrô, é comum que, em velocidades constantes, se crie no interior do veículo a sensação de estabilidade. Tanto o transporte como os passageiros se encontram em uma mesma velocidade, mas, num referencial interno, a grande maioria se enxerga naturalmente em repouso. Porém, com uma freada brusca, a ação da força de frenagem atuará apenas no transporte, e, por consequência, os passageiros, em movimento, continuarão em movimento e serão projetados para frente.
• Pular de um veículo em movimento: Muitas pessoas se perguntam o que ocorreria se uma pessoa, parada dentro de um ônibus, pulasse para a pista. Ocorre que, mesmo as pessoas se enxergando em repouso, por conta do referencial de movimento, estão todas em movimento junto do veículo. Mesmo que o condutor do veículo pare imediatamente após o passageiro pular, por inércia ele ainda manterá a velocidade e provavelmente terá complicações ao cair no chão.
• Navios de carga: Grandes navios de carga precisam desligar seus motores a quilômetros de distância do porto, pois sua enorme quantidade de massa garantirá uma inércia de movimento por muito tempo.
• Sustentação de objetos: Naturalmente, todo corpo suspenso no ar sofre a ação da resultante de seu peso. Para que essa resultante seja anulada, é necessária a ação de forças de tração por meio de cabos.
• Força centrífuga: A força centrífuga não é uma força por si só, mas sim a inércia existente devido à ação da força centrípeta, quando objetos começam em um movimento circular, que tende a mover os corpos presentes na trajetória para fora. É muito comum de ser observada em centrífugas, como máquinas de lava roupa.

Acesse também: Qual a relação entre a inércia e as lesões em acidentes?

Fórmula da inércia

Para matematicamente determinar a inércia, basta assumir que a resultante das forças externas (F_n) que atuam sobre um corpo é nula. De acordo com sua elaboração na primeira lei de Newton:

\(\sum \vec{F}_N = 0\)

Alguns exemplos de como se chegar à ação da inércia a seguir:

Todas as forças atuantes sobre o corpo anulam-se em cada direção; logo, a soma das resultantes será zero. Então pode-se afirmar que a partícula de massa m se encontra em inércia.

No exemplo acima, observa-se a mesma ação da resultante nula; porém é necessário somar vetorialmente os vetores de módulos 3N e 4N para enxergar claramente que os dois vetores opostos de módulo 5N se anulam.

Quem descobriu a inércia?

O estudo do movimento, ao longo de toda a história da ciência, despertou a curiosidade e moveu desafios para seu entendimento. Aristóteles, Galileu Galilei, René Descartes e outros grandes nomes contemplaram a natureza das ações que movem os objetos e tentaram de muitas formas sistematizar a importância das ações externas na compreensão da mudança de estado de movimento. Todavia, o conceito de inércia que se conhece hoje é fruto do trabalho de um físico inglês Isaac Newton, na sua obra mais famosa, Principia Mathematica.

Para Newton, o movimento de qualquer objeto é uma característica relativa e não um comportamento absoluto. Dessa forma, é necessário que haja sobre os corpos ações que recebem o nome de forças, que, quando produzem uma resultante diferente de zero, geram mudanças no estado de movimento.

Além da inércia, Newton também descreveu a relação matemática entre a resultante das forças e a aceleração observada em objetos, assim como a ação simultânea de forças em agentes que aplicam e sofrem seus efeitos.

Exercícios resolvidos sobre inércia

Questão 1

(Fuvest)

Uma das leis da Física mais conhecidas é a "lei da inércia". De acordo com a lei da inércia, se um corpo não recebe nenhuma força, ele está em repouso ou em movimento retilíneo com velocidade constante. Abordar a lei da inércia em um caso geral é uma tarefa muito ampla, mas é necessário entender este princípio da Física em um dos ambientes mais usados na atualidade, o carro. O entendimento da lei da inércia no contexto dos carros é uma questão de vida ou morte.

Leonardo S. F. dos Santos, "A lei da inércia e a cadeirinha de bebê". Disponível em https://sbfisica.org.br.

A partir da leitura do texto e de seus conhecimentos, é correto afirmar: 

A) Os corpos no interior de um carro em movimento não estão com a mesma velocidade do carro.   

B) Em caso de freada brusca, os corpos tenderão a manter um movimento retilíneo e uniformemente variado.   

C) Os air bags servem para absorver a energia cinética dos ocupantes do carro e promover uma desaceleração instantânea.   

D) Em caso de desaceleração do carro, os ocupantes tendem a permanecer em movimento retilíneo e uniforme.   

E) Em caso de batida, a força normal será responsável por deformar a carroceria do carro.  

Resolução:

Alternativa D.

Como os ocupantes do carro estão inicialmente na mesma velocidade do carro, quando este desacelera, os seus ocupantes tendem a permanecer em movimento retilíneo e uniforme.

Questão 2

(Fuvest) Considere a situação indicada na figura, em que um motor, com o auxílio de uma polia, ergue verticalmente uma caixa de massa 12 kg. A caixa contém materiais frágeis e deve ser erguida com velocidade constante. Qual é a magnitude da força vertical que o motor deve exercer para realizar a tarefa?

Note e adote:

Despreze efeitos de atrito.

Aceleração da gravidade: g = 10 m/s².

A) 0 N   

B) 30 N   

C) 60 N   

D) 120 N   

E) 240 N   

Resolução:

Alternativa D.

Na caixa agem apenas duas forças: a força de tração e o peso (\(\vec{F}\) e \(\vec{P}\)). Como o movimento é retilíneo e uniforme, de acordo com o princípio da inércia, a resultante das forças deve ser nula. Assim:

\(\vec{F} + \vec{P} = \vec{0} \ \Rightarrow F=P=mg= 12 \times 10 \Rightarrow F = 120N\)

Fontes

HALLIDAY, D; RESNICK, R. & WALKER, J. Fundamentos de Física - Mecânica, Vol. 1, 8ª   ed. LTC - Livros Técnicos e Científicos Editora. 2011.

HEWITT, P. G. Física conceitual. 9. ed. Porto Alegre: Bookman, 2002.

POLITO, A. M. M. (2015). Galileu, Descartes e uma Breve História do Princípio de Inércia. Instituto de Física - IFD, Universidade de Brasília, UnB.