Segunda lei de Newton e uma viagem de ônibus

Vamos pegar um ônibus?

Dizem que existem algumas vergonhas que todo passageiro de ônibus já passou: dar o dinheiro da passagem errado, dar o sinal antes do local que desejamos descer (e ter que descer antes do ponto por vergonha), tentar abrir a janela e não conseguir e por último (a maior de todas) cair no colo de outro passageiro (ou até mesmo no chão). Quem já caiu, ou quase caiu em um ônibus já imaginou em que situação isso ocorreu.

Das experiências pessoais, posso concluir que isso já aconteceu quando o ônibus executou algumas manobras específicas: arrancou muito rápido, fez uma curva inesperada e a mais comum de todas: acionou os freios rapidamente. 

Vamos pensar em duas dessas situação especificamente, que é quando o ônibus arranca ou ou freia muito rapidamente. O que essas situações tem em comum em termos de movimento? Podemos apontar inicialmente que em ambas a velocidade sofre uma mudança brusca, colocado de outra forma existe aceleração. Aceleração na Física é alteração da velocidade, ou seja, é quando a velocidade aumenta ou diminui. 

Isso nos dá uma pista interessante, cada vez que caímos  no colo de outro passageiro, e com isso quase morremos de vergonha, a culpa é da aceleração. Em outras palavras existe uma relação entre aceleração e equilíbrio: um corpo está em equilíbrio quando NÃO está acelerando. Ok, em quais situações isso acontece?

Elas acontecem quando a velocidade não aumenta ou não diminui, isso é se mantém constante. Nessas situações não temos aceleração, o que na Física significa que aceleração vale zero (expressamos da seguinte forma: $a=0$). Por isso quando o ônibus está parado (velocidade igual a zero) ou quando ele se move em linha reta com velocidade constante (ou seja, não aumente nem diminui sua velocidade), é mais fácil mantermos o equilíbrio e até mesmo ficarmos de pé sem se segurar nas barras (não tentem fazer isso crianças...). Vamos entender melhor como isso acontece estudando nossa boa e velha amiga segunda Lei de Newton abaixo, embarque no nosso ônibus da Física maluca!

Segunda Lei de Newton

Força é alguma coisa capaz de deformar um objeto ou de provocar aceleração em algum objeto. Acontece que muitas vezes não é apenas uma força que age sobre alguém, por exemplo nós no ônibus, e sim um conjunto de forças combinada, o resultado dessa combinação é o que chamamos de Força Resultante, e é essa combinação de forças que pode ou não provocar aceleração em um objeto. Por isso dizemos que a força resultante provoca aceleração em objetos com massa:

$F_r=m.a$   (1)

A força resultante $F_r$ surge como uma combinação de forças capaz de provocar uma aceleração $a$ em um objeto com massa $m$, note que se a aceleração vale zero, a força resultante também será zero (pois todo número multiplicado por zero fica zero). Vamos deixar as coisas mais fáceis com um exemplo: João e Maria precisam empurrar um armário e começam a fazer o movimento conforme a figura abaixo:

Como ambos empurram o armário para o mesmo lado, então é natural que consigamos imaginar que existem duas forças atuando sobre o mesmo, a força de João chamada $F_J$ e a força de Maria chamada $F_M$. Já dizia o ditado que a união faz a força, portanto podemos dizer que a força resultante, ou seja a combinação de forças atuando sobre o armário na direção horizontal é a soma das forças de João e Maria:

$Fr=F_j+F_M$

Vamos considerar aqui que o piso é bem lustrado, bem liso, de forma que o atrito entre o armário e o chão é quase que insignificante. 

Agora imagine o seguinte, Maria e João discutem com relação ao armário, um deles quer o armário em um local e o outro deseja coloca-lo em outro lugar. Maria para fazer birra, começa a empurrar o armário no sentido contrário de João conforme a figura abaixo:

Se antes a união fazia a força, certamente esse não é mais o caso. A discórdia entre os dois provoca uma nova combinação diferente de forças em relação a primeira situação, se antes elas se somavam por estarem no mesmo sentido e direção, agora estando na mesma direção mas em sentidos opostos, a força resultante sobre o armário será a de João subtraída a de Maria, ou seja:

$F_r=F_J-F_M$

Se ambos empurram com a mesma força na segunda situação,  significa que o valor das forças de João e de Maria tem a mesma "quantidade" e quando subtraímos duas quantias iguais, ou seja, quando fizemos 10-10,  20-20 ou  2000 - 2000 a reposta é zero! Dessa forma nessa situação a força resultante é zero o que significa que o armário não acelera. (Lembra que $F_r=m.a$, ou seja, se a força resultante é zero, a aceleração também vai ser zero.)

Se o armário não acelera, significa que sua velocidade não se altera, sendo assim ele pode estar em apenas duas situações: ou está parado (repouso) ou se move com velocidade constante (isto é, se move sem alterar sua velocidade), tudo vai depender das forças de João e Maria. Como vimos antes, nesses dois caso (movimento com velocidade constante ou repouso), temos o equilíbrio. Vamos voltar para nosso ônibus!

Equilíbrio e movimento 

Quando o ônibus está parado conseguimos manter o equilíbrio, não há aceleração e, portanto, a força resultante atuando sobre nosso corpo é zero. Da mesma forma quando o ônibus se move com velocidade constante, não há aceleração (pois a velocidade não muda), logo não há força resultante atuando sobre nosso corpo e também é fácil manter o equilíbrio nessa situação, por isso é mais fácil ficar em pé.

Quando o ônibus arranca ou freia bruscamente, o chão aplica sobre nossos pés uma força de atrito,  fazendo com que nós percamos nosso equilíbrio. Imediatamente, por instinto, tendemos a nos agarrarmos na barra e fizemos isso para tentar compensar a força aplicada pelo chão do ônibus aos nossos pés, exatamente como Maria fez ao empurrar o armário em sentido contrário ao de João. Fisicamente estamos aplicando uma força contrária à que o ônibus faz, para que assim a força resultante sobre nosso corpo seja zero e consequentemente a aceleração também seja zero, possibilitando assim que a pessoa consiga manter seu equilíbrio.

Em outras palavras, a tentativa é através de uma combinação de forças, fazer com que elas se anulem, pois assim não há força resultante, não havendo força resultante também não há aceleração. E por fim, sabemos que estar em equilíbrio significa ausência de aceleração e assim conseguimos não fazer nenhum fiasco enquanto andamos de ônibus!