Atividades de Leis de Newton (Inércia, F=ma, Ação e Reação) para a 1ª série do Ensino Médio com gabarito

Quando trabalho Leis de Newton com a 1ª série do Ensino Médio, percebo que o desafio não está apenas em lembrar uma fórmula. A turma precisa identificar quais forças atuam, relacionar força resultante e aceleração e acompanhar unidades e direções durante os cálculos. Situações familiares, como um empurrão, um giro ou um levantamento, ajudam a colocar essas ideias em contexto sem substituir o raciocínio físico.

Nesta sequência, organizei oito questões com situações de movimento e dança. Elas permitem praticar principalmente a segunda lei de Newton, além de discutir força centrípeta e atrito. A lista não traz exercícios específicos sobre inércia ou pares de ação e reação; por isso, uso esses conceitos como parte do planejamento mais amplo, sem atribuí-los a questões que não os avaliam.

O que o aluno de 1ª série precisa saber sobre Leis de Newton (Inércia, F=ma, Ação e Reação)

Para estudar as Leis de Newton, o aluno precisa compreender que a inércia é a tendência de um corpo manter seu estado de repouso ou de movimento retilíneo uniforme quando a força resultante é nula. Pela segunda lei, a força resultante produz aceleração: F_resultante = m·a, com massa em quilogramas, aceleração em m/s² e força em newtons. A aceleração corresponde à variação da velocidade dividida pelo intervalo de tempo, e sua direção acompanha a força resultante. A terceira lei descreve forças de ação e reação: elas têm mesma intensidade e direção, sentidos opostos e atuam em corpos diferentes, portanto não se anulam entre si no mesmo corpo. Nas questões desta lista, o foco maior é aplicar a segunda lei, calcular aceleração e velocidade e considerar forças como atrito, peso e força centrípeta. Também é importante distinguir a força aplicada da resultante e indicar corretamente o sentido da força.

O que ele precisa saber antes

Antes de resolver os exercícios, vale conferir alguns conhecimentos que aparecem diretamente nas questões. O estudante precisa somar massas quando o enunciado trata duas pessoas como um sistema, calcular uma variação de velocidade em certo intervalo e relacionar aceleração e velocidade em um movimento com aceleração constante. Também precisa fazer multiplicações e divisões com grandezas, substituir valores em fórmulas e manter as unidades do Sistema Internacional.

Há pré-requisitos mais específicos em algumas questões: converter batidas por minuto em tempo; reconhecer o peso como P = m·g; calcular atrito cinético por meio de µN; e usar a expressão da força centrípeta, F_c = m·v²/r. Não é necessário apresentar tudo de uma vez. Eu costumo retomar a ferramenta matemática necessária no momento em que ela aparece e pedir que a turma anote os dados, a incógnita e a unidade antes de substituir valores.

Onde os alunos mais erram

Um erro recorrente indicado nos dados das questões é confundir força aplicada com força resultante. No exercício com atrito, por exemplo, usar diretamente 200 N como resultante ignora a força que se opõe ao movimento. O caminho adequado é calcular o atrito, subtraí-lo da força aplicada e só então dividir a resultante pela massa. Nos levantamentos verticais, aplicar apenas F = ma à força de contato leva a esquecer que também é preciso sustentar o peso. A força para cima deve superar o peso para que haja aceleração para cima.

Também é comum misturar as etapas do cálculo. O estudante pode confundir força com aceleração ou calcular a velocidade sem considerar o intervalo de tempo. Nos problemas de impulso descritos, a sequência é encontrar a aceleração com a segunda lei e depois usar a variação de velocidade. Na questão das batidas, calcular mal a duração das quatro batidas altera a aceleração e, consequentemente, a força.

Outro ponto importante é a direção. Uma resposta pode ter o módulo correto e ainda estar errada se apontar para baixo quando a força necessária é para cima, ou para fora quando se pede força centrípeta, que aponta para o centro. Ao corrigir, eu separo explicitamente módulo, direção e sentido: isso torna visível onde o raciocínio se desviou. Vale ainda distinguir o peso da força centrípeta, que não é uma força adicional universal, mas o nome da resultante radial que mantém o movimento circular.

Como trabalhar em sala

• Faça um mapa de forças antes das contas. Para cada situação, desenhe o corpo ou sistema e represente peso, contato, atrito e força aplicada quando forem pertinentes. Depois, pergunte qual componente contribui para a aceleração considerada.
• Separe o cálculo em etapas. Proponha uma rotina no quadro: dados e unidades; força resultante; aceleração; velocidade ou força pedida; direção e sentido. Essa organização ajuda a turma a perceber que fórmulas diferentes podem ser necessárias em sequência.
• Explore a conversão de BPM. Sem precisar de equipamento especial, escreva que 120 batidas por minuto equivalem a duas batidas por segundo. A turma pode calcular a duração de quatro batidas e comparar esse intervalo com a aceleração obtida.
• Compare força aplicada e resultante. Use o exercício do atrito para pedir primeiro que os alunos identifiquem a força de atrito e depois calculem a resultante. Para a conversa conceitual, retome que pares de ação e reação atuam em corpos distintos.
• Peça justificativas para os distratores. Em vez de apenas marcar a alternativa, convide duplas a explicar por que uma resposta como 30 N no levantamento considera só a resultante, e não a força de contato necessária. Assim, o erro vira uma oportunidade concreta de revisão.

Questões prontas de Leis de Newton (Inércia, F=ma, Ação e Reação) para a 1ª série do Ensino Médio (com gabarito comentado)

As questões a seguir usam situações cotidianas para praticar cálculos e interpretar forças. Em cada item, confira não só o número final, mas também a relação física usada, as unidades e a direção informada.

1. Força média a partir das batidas da música

Durante uma passagem coreográfica, um aluno de massa 36 kg acelera do repouso até 1,50 m/s em quatro batidas de uma música a 120 BPM. Calcule a força média horizontal necessária, usando F = m·a e a = Δv/Δt.

• ❌ A) 40 N, horizontal para baixo. A duração das batidas e a aceleração não levam a esse valor; além disso, a direção não acompanha o movimento para a frente.
• ❌ B) 20 N, vertical para a frente. Divide incorretamente a aceleração e mistura direção vertical com movimento horizontal.
• ❌ C) 60 N, vertical para cima. Soma valores em vez de calcular a variação da velocidade pelo tempo e aponta a força em direção inadequada.
• ✅ D) 27 N, horizontal para a frente. Quatro batidas a 120 BPM duram 2 s. Logo, a = 1,50/2 = 0,75 m/s² e F = 36·0,75 = 27 N.
• ❌ E) 10 N, horizontal para a direita. A divisão adicional reduz indevidamente o resultado, e a direção indicada não corresponde ao movimento informado.

Gabarito comentado: Primeiro convertemos o andamento em intervalo de tempo. Com 2 s para a variação de velocidade, a aceleração média é 0,75 m/s². Aplicando a segunda lei, obtemos 27 N para a frente. A questão ajuda a revisar tanto a conversão de BPM quanto a sequência entre aceleração e força.

2. Velocidade adquirida em um passo de dança

Um dançarino de massa 50 kg aplica ao chão uma força horizontal média de 100 N durante 0,5 s, partindo do repouso. Usando F = m·a e v = a·Δt, qual velocidade adquire?

• ❌ A) 200 m/s. Calcula F/Δt e ignora a massa, portanto usa uma relação que não corresponde às fórmulas dadas.
• ❌ B) 2,0 m/s. Esse é o valor da aceleração em m/s², não da velocidade adquirida após 0,5 s.
• ❌ C) 0,5 m/s. Parte de uma aceleração igual à metade do valor correto e, assim, reduz a velocidade calculada.
• ✅ D) 1,0 m/s. A aceleração é 100/50 = 2,0 m/s². Então, v = 2,0·0,5 = 1,0 m/s.
• ❌ E) 50 m/s. Multiplica a força pelo tempo e esquece de dividir pela massa para determinar a aceleração.

Gabarito comentado: É importante não tratar força como velocidade. Calculamos primeiro a aceleração, dividindo a força pela massa, e depois multiplicamos pelo tempo. Como parte do repouso, a variação de velocidade é 1,0 m/s.

3. Força necessária para acelerar um par

Em uma corrida de três pernas, duas crianças de 28 kg e 26 kg partem do repouso e atingem 3,0 m/s em 2,0 s. Considerando-as como um sistema único, calcule a força média horizontal necessária.

• ❌ A) 54 N. O número coincide com a massa total, mas não com a força: falta considerar a aceleração do sistema.
• ❌ B) 75 N. Não resulta da aplicação dos dados à aceleração média e à massa combinada.
• ❌ C) 60 N. Não usa corretamente a massa total e a aceleração calculada para o intervalo informado.
• ✅ D) Massa total 54 kg, aceleração 1,5 m/s² e força 81 N. A massa é 28 + 26 = 54 kg; a aceleração é 3,0/2,0 = 1,5 m/s²; portanto, F = 54·1,5 = 81 N.
• ❌ E) 100 N. Exagera o resultado e não corresponde ao produto da massa total pela aceleração obtida.

Gabarito comentado: Como o enunciado define o par como sistema único, somamos as massas. Depois calculamos a aceleração a partir da variação de velocidade no tempo e aplicamos F = M·a. Usar apenas a massa de uma criança mudaria o modelo solicitado.

4. Força centrípeta durante um giro

Em um giro de dança, um aluno de 55,0 kg descreve um arco de raio 0,65 m com velocidade de 1,80 m/s. Calcule a força centrípeta usando F_c = m·v²/r.

• ❌ A) 150 N, força total do movimento. Não corresponde à substituição dos valores na expressão e confunde a força centrípeta com outras forças.
• ❌ B) 50 N, para fora do giro. A direção centrípeta é para o centro, não para fora.
• ❌ C) 100 N, vertical para cima. A direção pedida é radial, apontada ao centro do movimento, e não necessariamente vertical.
• ✅ D) Aproximadamente 274 N, para o centro do giro. F_c = 55,0·(1,80)²/0,65 ≈ 274 N.
• ❌ E) 300 N, resultado do peso do aluno. A expressão da questão depende da massa, da velocidade e do raio, não apenas do peso.

Gabarito comentado: A velocidade precisa ser elevada ao quadrado antes da divisão pelo raio. O resultado é aproximadamente 2,74×10² N. Além do módulo, a interpretação essencial é que a resultante centrípeta aponta para o centro da trajetória.

5. Aceleração de um casal com atrito

Um casal desliza sobre um piso com coeficiente de atrito cinético 0,20. A massa combinada é 80 kg e a força horizontal aplicada é 200 N. Use g = 10 m/s² e a = (F − µ·m·g)/m para calcular a aceleração.

• ❌ A) 2 m/s² para a direita. Não considera corretamente a força de atrito que se opõe ao movimento.
• ❌ B) 0,25 m/s² para a direita. Não resulta do cálculo da força de atrito e da força resultante especificados.
• ✅ C) 0,5 m/s² para a direita. O peso é 800 N; o atrito é 0,20·800 = 160 N. A resultante horizontal é 200 − 160 = 40 N e a aceleração é 40/80 = 0,5 m/s².
• ❌ D) 4 m/s² para a direita. Ignora a influência do atrito na força resultante.
• ❌ E) 1 m/s² para a esquerda. A direção se opõe à força resultante indicada, e o valor não corresponde ao cálculo.

Gabarito comentado: O primeiro passo é determinar o atrito, que vale 160 N. Como ele se opõe ao movimento, subtraímos esse valor da força aplicada. A aceleração depende da resultante de 40 N, não dos 200 N aplicados isoladamente.

6. Força para levantar uma bailarina com aceleração

Uma bailarina de massa 60 kg é acelerada verticalmente para cima a 0,50 m/s². Qual força mínima o parceiro deve exercer? Use F = m·(a + g) e g = 10 m/s².

• ✅ A) 630 N para cima. F = 60·(0,50 + 10) = 60·10,5 = 630 N.
• ❌ B) 618 N para cima. Usa g = 9,8 m/s², mas o enunciado determina g = 10 m/s².
• ❌ C) 30 N para cima. Esse cálculo, 60·0,50, corresponde à força resultante associada à aceleração, mas não inclui a força necessária para sustentar o peso.
• ❌ D) 630 N para baixo. O módulo está correto, mas a direção é incompatível com o levantamento e a aceleração para cima.
• ❌ E) 600 N para cima. Considera apenas o peso e deixa de incluir a força adicional necessária para acelerar a bailarina.

Gabarito comentado: Para acelerar o corpo para cima, a força exercida precisa vencer o peso e ainda produzir a aceleração indicada. Por isso usamos m(g+a), obtendo 630 N para cima. É uma boa questão para distinguir força de contato e força resultante.

7. Empurrão horizontal e velocidade final

Um dançarino de 60 kg recebe um empurrão horizontal constante de 120 N durante 0,50 s, partindo do repouso em um piso cuja resistência horizontal é desprezível. Calcule a aceleração e a velocidade final.

• ❌ A) a = 1,5 m/s²; v = 0,75 m/s. Os dois valores não decorrem da divisão correta entre força e massa e do uso do tempo.
• ❌ B) a = 4,0 m/s²; v = 2,0 m/s. Corresponde a uma aceleração superestimada, que não respeita a = F/m.
• ❌ C) a = 1,0 m/s²; v = 0,5 m/s. Subestima os resultados ao não aplicar corretamente a segunda lei de Newton.
• ✅ D) a = 2,0 m/s²; v = 1,0 m/s. A aceleração é 120/60 = 2,0 m/s². A partir do repouso, v = a·t = 2,0·0,50 = 1,0 m/s.
• ❌ E) a = 6,0 m/s²; v = 3,0 m/s. Os valores são excessivos e não correspondem à relação entre força, massa e aceleração.

Gabarito comentado: Primeiro aplicamos a segunda lei para encontrar a aceleração. Depois usamos o intervalo de tempo para obter a variação de velocidade. Como o dançarino parte do repouso e a resistência é desprezível, a velocidade final é 1,0 m/s.

8. Força para elevar uma parceira

Durante um levantamento, um dançarino eleva a parceira, de massa 50 kg, com aceleração vertical de 0,5 m/s². Use g = 10 m/s² e F = m·(g + a). Qual força mínima deve aplicar e em que direção?

• ❌ A) 500 N para baixo. Não inclui a aceleração para cima e indica sentido incompatível com o levantamento.
• ❌ B) 450 N para o lado. A força necessária para produzir a aceleração descrita é vertical, não horizontal.
• ❌ C) 250 N para baixo. O módulo e a direção não decorrem da relação entre peso e aceleração vertical.
• ❌ D) 600 N para cima. A direção é adequada, mas o valor não corresponde à substituição dos dados na fórmula.
• ✅ E) 525 N para cima. F = 50·(10 + 0,5) = 50·10,5 = 525 N, na direção vertical para cima.

Gabarito comentado: A força precisa equilibrar o peso e fornecer a aceleração para cima. A soma g+a é 10,5 m/s²; multiplicada por 50 kg, resulta em 525 N. Usar apenas F = mg deixaria de considerar a aceleração.

Próximos passos

Use os comentários para retomar os procedimentos que a turma precisar revisar e, se quiser ampliar a sequência, acrescente atividades específicas sobre inércia e pares de ação e reação. Consulte também as questões da habilidade EM13CNT101. Para organizar uma avaliação com questões adequadas à sua turma, acesse o gerador de provas do GeraProva e faça seu cadastro grátis.

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