Queda Livre

Queda Livre

Experimento 3

Física Experimental I

Turma: Engenharia Civil

 

Queda Livre

Objetivo

- Estudo do movimento de um corpo em queda livre;

- Determinação do valor da aceleração da gravidade local, através da análise da queda livre de um corpo;

Este relatório descreve várias medições de tempo da queda livre de uma esfera metálica através de um cronômetro digital ligado a dois sensores limitadores de percurso representando início e fim, analisado este tempo em alturas diferentes. Na sequência, é apresentada uma análise dos dados coletados no intuito de encontrar a discrepância percentual entre a gravidade da previsão teoria e a gravidade experimental.

Introdução Teórica

Dentre os diversos movimentos que podemos observar na natureza, sempre houve interesse no estudo do movimento de queda livre dos corpos próximo à superfície terrestre. O movimento queda livre é uma particularidade do movimento uniformemente variado.Trata-se de um movimento acelerado que sofre ação da aceleração da gravidade. Ou seja, em Física, queda livre é o movimento resultante unicamente da aceleração provocada pela gravidade.

As características desse movimento foram objeto de estudo desde os tempos remotos. O grande filósofo Aristóteles (384-322 a.C.) acreditava que havia uma dependência entre o tempo de queda dos corpos com a massa dos mesmos. Essa crença perdurou durante quase dois mil anos, sem que houvesse uma investigação de sua veracidade através de medidas experimentais, cujo agravante seria a grande influência dominante do pensamento aristotélico em várias áreas do conhecimento. No entanto, através de estudos e experiências, conhecido como “método científico” Galileu Galilei, que é considerado o introdutor do método experimental na Física, reforçando a idéia de que qualquer afirmativa a cerca das leis da física deveriam estar embasada em medidas experimentais e observações cuidadosas, chegou à conclusão de que um corpo “leve” e um “pesado”, abandonados de uma mesma altura, caem simultaneamente, atingindo o chão ao mesmo instante. Em outras palavras, desprezando a resistência do ar, os corpos caem com a mesma aceleração independentemente de sua massa.

Galileu Galilei também conseguiu constatar que a velocidade de um corpo qualquer, em queda livre, aumenta sempre de quantidade que serão iguais em cada 1s. Medindo-se este aumento, verificou-se que é igual a 9,8 m/s em cada 1s. Desde então, entende-se que a aceleração na queda livre, chamada aceleração da gravidade representada por g, é igual a 9,8 m/s². Ficamos então cientes de que as distâncias percorridas de um corpo em queda livre são proporcionais ao quadrado dos tempos gastos em percorrê-las. E que, todos os corpos, independente de sua massa, forma ou tamanho, caem com aceleração constante e igual. Um corpo lançado verticalmente para cima realiza durante a subida um movimento retilíneo uniforme retardado, pois o módulo de sua velocidade diminui no decorrer do tempo. Já um corpo lançado verticalmente para baixo, realiza um movimento retilíneo uniforme acelerado, pois o módulo de sua velocidade aumenta no decorrer do tempo.

“Exemplos:

Uma nave espacial com seus propulsores desligados;

A trajetória da Lua ao redor da Terra, a órbita da Terra ao redor do Sol, ou a órbita de um asteroide ao redor do Sol;

Na Terra, caindo através de um tubo no vácuo, por exemplo:

Para um experimento físico;

Nos centros de experiências da NASA;

Exemplos de casos onde outras forças atuam, não sendo quedas livres no conceito da Física:

Ficar de pé sobre o chão, sentar sobre uma cadeira no chão, etc. (o peso é contrabalanceado pela força de reação normal do chão);

Voando em um avião (o peso é balanceado pela força de sustentação das asas do avião);

Reentrada na atmosfera, pouso com um paraquedas: a força peso é contrabalanceada pelo arrasto (resistência do ar);

Durante uma manobra orbital de uma espaçonave, seus foguetes lhe proporcionam propulsão;

A queda de um objeto do alto de um prédio (resistência do ar não-desprezível)

Mas geralmente, a queda livre é classificada como a condição de aceleração causada pela gravidade e atrito com o ar: no paraquedismo, free fall (skydiving) se refere ao ato de cair e atrasar a abertura do paraquedas. Com a resistência do ar, um objeto que está em queda livre irá atingir sua velocidade terminal (cerca de 200 km/h - valor para um homem caindo na posição de barriga para baixo); a velocidade terminal depende de muitos fatores (como massa, coeficiente de arrasto, e área relativa da superfície) se a queda for de uma altitude suficiente (2.000 pés ou 600 m);

O movimento de queda livre dos corpos próximos à superfície da Terra pode ser descrito pela equação para um movimento uniformemente acelerado (aceleração g constante) dada por: h(t) = h_o + v_o t + 〖gt〗^2/2 .”[1]

Material utilizado

Os materiais e aparelhos utilizados durante a realização do experimento foram:

- 01 Haste de alumínio graduada com escala milimetrada;

- 02 Sensores Fotoelétricos;

- 01 Tripé de ferro com sapatas niveladoras;

- 01 Chave liga-desliga;

- 01 Cronômetro digital (marcação de 4 tempos);

- 01 Eletroíma;

- 01 Esfera de aço;

- 01 Saquinho de contenção da esfera de aço;

Procedimento Experimental

Resumo do princípio de funcionamento do equipamento: uma esfera metálica é suspensa por um eletroímã, fixado