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FÍSICA

1ª SÉRIE

CINEMÁTICA DOS MOVIMENTOS - QUEDA LIVRE

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OBJETIVO

- Conhecer o conceito físico de Queda Livre e quais suas relações com os outros movimentos estudados anteriormente.

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  • É importante que você conheça e saiba diferenciar Movimento Uniforme (MU) e Movimento Uniformemente Variado (MUV).

  • Conhecer e saber trabalhar com as equações do MUV é de fundamental importância.

O QUE PRECISAREMOS SABER PARA ESTA AULA?

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Se você segurar na mão esquerda uma pesada pedra e na mão direita uma pequena uva, com as duas mãos na mesma altura, ao soltar os dois objetos simultaneamente, qual cairá no chão primeiro?

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/56/Hand_female_3.jpg

https://www.pngaaa.com/detail/1751036

https://www.pngaaa.com/detail/3634347

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ESTA SITUAÇÃO É A CORRETA?

Segundo a Física Aristotélica, que era baseada na Lógica dedutiva e não na Experimentação, e provavelmente na opinião da maioria das pessoas, a pedra irá cair antes no chão por ser mais “pesada”. Você sente a pedra pressionando sua mão contra o chão com mais força do que a uva!

ERRADO!

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ENTÃO, O QUE SERIA CORRETO?

Por meio da experimentação, Galileu Galilei comprovou que a atração gravitacional atrai todos os corpos com aceleração constante. Logo, tanto a pedra quando a uva, ao serem abandonadas em queda ao mesmo tempo, atingem o solo no mesmo instante, desde que ignorada a resistência do ar.

C

O

R

R

E

T

O

!

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QUEDA LIVRE

Ignorando a resistência do ar, nas proximidades da superfície terrestres (ou de outros corpos celestes) Queda Livre pode ser considerado um MUV vertical (Movimento Uniformemente Variado). Na Terra a aceleração da gravidade é praticamente constante no valor de 9,81 m/s², que as vezes é arredondada para 10 m/s².

É importante salientar que o tempo de queda não depende da massa!

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QUEDA LIVRE

Logo, todas as equações que vimos no MUV também valem para a queda livre, só trocamos os símbolos das grandezas aceleração por “g” e o símbolo de espaço por “h”!

 

 

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SENTIDO DA TRAJETÓRIA

 

 

Para facilitar a resolução das equações, vamos considerar que o sentido da trajetória define o sinal da aceleração da gravidade. Sempre se considera a posição inicial como h0 = 0.

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ATIVIDADE

Uma pedra de 800 g e uma uva de 20 g, em repouso, são abandonadas de uma altura de 5m metros do chão. Considerando a aceleração da gravidade como 10 m/s², qual o módulo da velocidade ao atingir o solo?

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RESOLUÇÃO

Uma pedra de 800 g e uma uva de 20 g, em repouso, são abandonadas de uma altura de 5m metros do chão. Considerando a aceleração da gravidade como 10 m/s², qual o módulo da velocidade ao atingir o solo?

Dados:

mpedra = 800 g

muva = 20 g

v0 = 0

Adotando sentido cima para baixo

h0 = 0 m

h = 5 m

g = +10 m/s²

v = ?

Como o trajeto é de cima para baixo, g é positivo, g = +10 m/s².

Como as massas não importam no MUV, a mesma resolução vale para a pedra e para a uva.

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LANÇAMENTO VERTICAL

Já ouviu aquele ditado que diz que “Tudo o que sobe, desce”?

Um lançamento vertical pode representar muito bem esse ditado com um detalhe a mais: “Tudo o que sobe, para e desce”.

Sabia que você pode verificar isso?

Pegue uma moeda, arremesse-a em um trajeto reto, verticalmente para cima, observe o movimento da moeda com bastante cuidado até que ela retorne em sua mão.

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LANÇAMENTO VERTICAL

Note que a rapidez reduz de baixo para cima e aumenta de cima para baixo.

https://pixabay.com/images/id-5822271/

Quando a moeda sobe, tem sentido para cima e quando desce, tem sentido para baixo. Isso significa que ao alternar entre a subida e descida, ela precisa “parar”.

Em um lançamento vertical de baixo para cima, SEMPRE na altura máxima a velocidade será zero.

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ATIVIDADE

Uma pedra é arremessada verticalmente para cima, a partir do solo, com velocidade de 30 m/s. Desprezando a resistência do ar e adotando a aceleração da gravidade como 10 m/s², determine:

  • Tempo de subida;
  • Altura máxima em relação ao solo;
  • Instante de chegada ao solo;
  • Velocidade ao atingir o solo.

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RESOLUÇÃO

Uma pedra é arremessada verticalmente para cima, a partir do solo, com velocidade de 30 m/s. Desprezando a resistência do ar e adotando a aceleração da gravidade como 10 m/s², determine:

Dados:

h0 = 0 (altura do solo)

v0 = 30 m/s

g = -10 m/s² (de baixo para cima)

v = 0 (altura máxima sempre tem velocidade nula)

a) Tempo de subida;

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RESOLUÇÃO

Dados:

h0 = 0 (altura do solo)

v0 = 30 m/s

g = -10 m/s² (de baixo para cima)

v = 0 (altura máxima sempre tem velocidade nula)

b) Altura máxima em relação ao solo

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RESOLUÇÃO

Dados:

h0 = 0 (altura do solo)

v0 = 30 m/s

g = -10 m/s² (de baixo para cima)

v = 0 (altura máxima sempre tem velocidade nula)

c) Instante de chegada ao solo;

No solo, h = 0

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RESOLUÇÃO

Dados:

h0 = 0 (altura do solo)

v0 = 30 m/s

g = -10 m/s² (de baixo para cima)

v = 0 (altura máxima sempre tem velocidade nula)

d) Velocidade ao atingir o solo

 

Velocidade negativa porque ele está indo contra orientação da trajetória.

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ATIVIDADE - MÃO NA MASSA

Acesse a simulação Projectile Motion clicando aqui ou na figura abaixo, siga as instruções e responda:

Instruções:

- Posicione o canhão a um ângulo de 90°;

- Selecione a última opção, Lab, com um canhão como ícone;

- Verifique se a resistência do ar “Air Resistance” está desativada.

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ATIVIDADE - MÃO NA MASSA

- Selecione a opção cannonball, dê tiros com bolas de massa 1 kg, 10 kg e 20 kg com diâmetro de 0,20 m.

- Selecione a opção cannonball, repita os tiros com bolas de massa 1 kg, 10 kg e 20 kg, mas agora com diâmetro com diâmetro de 1 m.

Responda:

a) Entre as bolas de canhão com 1 kg, 10 kg e 20 kg, qual atingiu a maior altura?

b) Ao alterar os diâmetro das bolas, qual foi a diferença que você notou?

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O QUE VIMOS HOJE?

  • A aceleração da gravidade na Terra pode ser considerada constante e igual a aproximadamente 9,81 m/s²;
  • A aceleração gravitacional independe da massa dos corpos, logo, ignorando a resistência do ar, objetos com mais massa e com menos massa, ao serem abandonados da mesma altura, atingem o solo no mesmo instante;
  • As equações do MUV e podem ser utilizadas livremente na Queda Livre, que também é um MUV.

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GODOY, L. P. Agnolo, R. M. MELO, W. C. Multiversos : Ciências da Natureza : Matéria, Energia e a Vida: Ensino Médio. 1ª ed. São Paulo: FTD, 2020.

CARNEVALLE, M. E demais autores. Araribá mais: ciências. 1ª ed. São Paulo: Moderna, 2018.

BARRETO F, Benigno. SILVA, Claudio. Física aula por aula: mecânica, 1º ano. 3ª Ed. São Paulo: FTD, 2016.

BONJORNO e vários autores. Física: Mecânica 1º ano. Vol 1. 3ª ed. São Paulo: FTD, 2016.

FUKE, L.F. YAMAMOTO, K. Física Para o Ensino Médio 1 - Mecânica. 4ª ed. São Paulo: Saraiva, 2016.

REFERÊNCIAS