QUEDA LIVRE

UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ

CURSO DE ENGENHARIA

FÍSICA EXPERIMENTAL I

Experiência: Queda Livre

Professor: Jorge Cosenza

Alunos:

Rio de Janeiro, 15 de outubro de 2013

1.Introdução

A queda livre é o movimento de um corpo que, partindo do repouso e desprezando a resistência do ar, está sujeito, apenas à interação gravitacional.

Foi Galileu quem observou que, desprezando a resistência do ar, todos os corpos soltos num mesmo local caem com uma mesma aceleração, quaisquer que sejam suas massas. Essa aceleração é denominada aceleração gravitacional ( ), sendo que a única força que atua sobre o corpo é a força gravitacional ( ).

Os corpos apenas sujeitos à força gravitacional chamam-se graves e dizem-se em queda livre, independentemente do fato de estarem a cair ou a subir.

Foi Galileu quem estudou corretamente pela primeira vez, a queda de corpos próximos da superfície terrestre e concluiu que todos os corpos em queda livre, isto é, sem o efeito da resistência do ar, têm a mesma aceleração, denominada aceleração da gravidade (g), independentemente das suas massas. O valor da aceleração da gravidade é característico do campo gravitacional, da Terra (ou de outro planeta, satélite, etc…); não depende do corpo que se movimenta e varia com a latitude e a longitude. Ao nível do mar e à latitude de 45°, a aceleração da gravidade na Terra é igual a 9.80665 m/s² (aproximadamente 9.8 m/s²).

Supomos uma esfera em queda livre, que cai de uma altura h0

O espaço percorrido pela esfera no instante t é :

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2.Objetivo

Entender o fenômeno da queda dos corpos e a ação da aceleração da gravidade combinada com o atrito provocado pelo ar.

Com o experimento de queda livre, comprovar que objetos de diferentes pesos podem ter a mesma velocidade saírem de uma determinada altura ao mesmo tempo e chegarem juntos ao chão. Caracterizando o MRUV sob influência de um campo gravitacional, e determinar a aceleração da gravidade de um corpo próximo a superfície da Terra.

3.Queda Livre

No estudo de física a queda livre é uma particularização do movimento uniformemente variado (MRUV). O movimento de queda livre foi estudado primeiramente por Aristóteles. Ele foi um grande filósofo grego que viveu aproximadamente 300 a.C. Aristóteles afirmava que se duas pedras caíssem de uma mesma altura, a mais pesada atingiria o solo primeiro. Tal afirmação foi aceita durante vários séculos tanto por Aristóteles quanto por seus seguidores, pois não tiveram a preocupação de verificar tal afirmação.

Séculos mais tarde, mais precisamente no século XVII, um famoso físico e astrônomo italiano chamado Galileu Galilei, introduziu o método experimental e acabou por descobrir que o que Aristóteles havia dito não se verificava na prática. Considerado o pai da experimentação, Galileu acreditava que qualquer afirmativa só poderia ser confirmada após a realização de experimentos e a sua comprovação. No seu experimento mais famoso ele, Galileu Galilei, repetiu o feito de Aristóteles. Estando na Torre de Pisa, abandonou ao mesmo tempo esferas de mesmo peso e verificou que elas chegavam ao solo no mesmo instante. Por fazer grandes descobertas e pregar idéias revolucionárias ele chegou a ser perseguido.

Quando Galileu realizou o experimento na Torre de Pisa e fez a confirmação de que Aristóteles estava errado, ele percebeu que existia a ação de uma força que retardava o movimento do corpo. Assim sendo, ele lançou a hipótese de que o ar exercesse grande influência sobre a queda de corpos.

Quando dois corpos quaisquer são abandonados, no vácuo ou no ar com resistência desprezível, da mesma altura, o tempo de queda é o mesmo para ambos, mesmo que eles possuam pesos diferentes.

O movimento de queda livre, como já foi dito, é uma particularidade do movimento uniformemente variado. Sendo assim, trata-se de um movimento acelerado, fato esse que o próprio Galileu conseguiu provar. Esse movimento sofre a ação da aceleração da gravidade, aceleração essa que é representada por g e é variável para cada ponto da superfície da Terra. Porém para o estudo de Física, e desprezando a resistência do ar, seu valor é constante e aproximadamente igual a 9,8 m/s2.

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As equações matemáticas que determinam o movimento de queda livre são as seguintes:

Onde “g” é a aceleração da gravidade.

4.Movimento Horizontal

É um movimento uniforme, pois não existe nenhuma aceleração na direção

horizontal; o móvel o realiza por inércia, mantendo a velocidade 0 v com que foi

lançado. Em cada ponto da trajetória, a velocidade resultante v do móvel, cuja direção é tangente à trajetória, é dada pela soma vetorial da velocidade horizontal 0 v , que permanece constante, e da velocidade vertical y v , cujo módulo varia, pois a aceleração da gravidade tem direção vertical.

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Assim, à medida que o móvel se movimenta, o módulo de sua velocidade “v”aumenta em virtude do aumento do módulo de seu vetor componente vertical y v .

MATERIAL

Duas esfera de aço com diâmetros e massas diferentes.

Uma folha de papel A4.

Uma folha de papel carbono.