FÍSICA
1ª SÉRIE
CINEMÁTICA DOS MOVIMENTOS - QUEDA LIVRE
OBJETIVO
- Conhecer o conceito físico de Queda Livre e quais suas relações com os outros movimentos estudados anteriormente.
O QUE PRECISAREMOS SABER PARA ESTA AULA?
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
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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!
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
!
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!
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”!
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.
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.
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.
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.
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:
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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;
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
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
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.
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.
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?
O QUE VIMOS HOJE?
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