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E a segunda lei de Newton?

    Por que discutir o desempenho de um carro usando o conceito de potência, que é igual ao produto da velocidade pela componente da força na direção da própria velocidade, e não a segunda lei de Newton, a famosa F=m•a? Será que ela não vale para veículos?


    Evidentemente, a segunda lei de Newton, assim como todas as outras leis da mecânica, vale para automóveis como para planetas, estrelas, galáxias, pessoas, barcos  etc. Mesmo para moléculas, átomos, núcleos e todas as partículas subatômicas as leis da mecânica clássica também valem. Contudo, quando as velocidades são muito altas, próximas da velocidade da luz, precisamos incluir aspectos da teoria da relatividade e quando as partículas envolvidas são muito pequenas, como ocorre com elétrons nos átomos, por exemplo, precisamos olhar considerando a física quântica. Mas nas coisas do dia-a-dia, as leis de Newton valem exatamente na forma que elas são apresentadas aos estudantes do ensino médio, sem necessidade de considerações relativísticas ou da física quântica.
    Antes de responder à questão, vamos ver algumas coisas a mais sobre as leis de Newton, incluindo a segunda, F=m•a. Elas tanto descrevem o comportamento da natureza como são extremamente úteis, tanto conceitualmente como na prática, para se descobrir e estabelecer aquilo que chamamos de leis de força, ou seja, como os corpos atuam uns sobre os outros. Por exemplo, é a segunda lei de Newton que nos permite descobrir que uma mola comprimida ou esticada exerce uma força proporcional à sua deformação. O estabelecimento da lei de força gravitacional também dependeu da aplicação da segunda lei de Newton. É com essa lei de força que determinamos o comportamento um planeta ou um satélite e é ela, também, que explica porque a Terra não perde sua atmosfera, diz quão gordo ou magro está cada um de nós etc.
Além da gravitação, há outras leis fundamentais de força cujas regras de como elas atuam foram descobertas usando-se as leis de Newton, como a força eletromagnética (que inclui a força elétrica, aquela que observamos quando um pedaço de plástico que foi esfregado no cabelo atrai pedacinhos de papel, e a magnética, dos imãs e bússolas). (Há, ainda, duas forças importantes quando tratamos do núcleo atômico e de seus constituintes, chamadas de força nuclear forte e de força nuclear fraca, estas duas últimas imperceptíveis diretamente no nosso dia-a-dia.)
    Evidentemente, F=m•a é uma lei válida também no caso de um veículo. Entretanto, não há uma lei de força associada ao efeito do motor no comportamento de um veículo. Se alguém inventar um tipo de veículo que se move puxado por uma força bem definida, o melhor para entender o movimento desse veículo é aplicar essa lei de força. Se um veículo está em um plano inclinado, ele será “puxado” para baixo pela lei da gravitação universal, a força peso, no caso, e aí podemos entender seu comportamento com base na lei de força e usando a segunda lei de Newton.
Mas quando um veículo é tocado por um motor, a situação é um pouco diferente. O que caracteriza o efeito de um motor não é uma lei de força: é a potência que ele produz (essa depende da taxa com que o combustível é queimado e a menos que um veículo esteja trabalhando em uma situação muito fora daquela para a qual foi planejado, a potência produzida pelo motor é diretamente proporcional à taxa de consumo de combustível).
Mas vamos à segunda lei de Newton e combiná-la com a fórmula da potência, lembrando que ela é o produto da velocidade pela componente da força em sua direção. Suponha que um carro de 1.000 kg, a 36 km/h (igual a 10 m/s) seja acelerado, em uma estrada plana, de tal forma que o motor transfere para as rodas uma potência mecânica (além daquela necessária para compensar perdas internas, o atrito de rolamento, a resistência do ar etc.) de 20 mil joules. Qual sua aceleração? Pela fórmula da potência, P=m×a×v, temos 20.000 J=1000 kg×a×10 m/s. Portanto, a aceleração é igual a 2 m/s2. A força que deve ser exercida no carro de 1.000 kg para que ele tenha essa aceleração, m×a, é de 2.000 N.
Mas essa força deve ser aplicada por algum agente externo sobre o carro, pois qualquer força interna (que uma parte do carro faz sobre outra parte) fará parte de um par ação=reação: como ambas as forças são internas, a resultante sobre o carro é nula.
Quem ou o quê é esse agente externo que exerce força sobre o carro e onde ela é aplicada? A resposta é a seguinte. O motor, por meio de eixos, engrenagens e outras parafernálias, atua de tal forma a fazer os pneus do carro girarem, empurrando o chão para trás. Se não houvesse atrito algum entre os pneus e o chão, eles simplesmente patinariam. Mas como há atrito, em lugar dos pneus patinarem, eles empurram o chão para trás e o chão – lembre-se da terceira lei de Newton – empurra o carro para frente. Portanto, é o chão que empurra o carro para frente, por meio dos pneus. No caso do exemplo acima, a força total exercida pelo chão é de 2.000 N. Se for um carro com tração em duas rodas, 1.000 N em cada uma delas; se for um carro com tração em quatro rodas, a força, se igualmente bem distribuída, será de 500 N em cada pneu.


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