O que acontece quando um objeto cai em queda livre?

QUEDAS IGUAIS I

Objetivo

Mostrar que, independentemente da massa dos objetos, eles sempre demoram o mesmo tempo para chegar ao chão, se soltos da mesma altura.

Contexto

Pegue um objeto pesado e outro leve, então se pergunte: qual dos dois chegará primeiro ao chão? Se você perguntar a alguém, provavelmente lhe responderão: o objeto mais pesado. Mas foi Galileo Galilei (1564-42) quem provou que isso não é verdade, fazendo uma experiência parecida como esta do alto da Torre de Pisa. O fato é que todos os corpos na vizinhança da Terra sofrem uma atração em direção ao centro gravitacional do planeta (próximo ao centro da Terra). Para algo que está na superfície, como qualquer pessoa, essa atração se manifesta para baixo, que é a direção para o centro terrestre. Como todos os objetos caem do mesmo modo, deve haver algo que seja comum a todos eles: de fato, possuem a mesma aceleração de queda, que é a aceleração gravitacional. Com a mesma aceleração, todos os objetos ganham velocidade na mesma proporção. Como ganham velocidades iguais, devem chegar juntos ao solo, se largados ao mesmo tempo, da mesma altura.

Idéia do experimento

O experimento consiste em observar a queda de pares de objetos com massas diferentes. Neste experimento, temos 2 objetos de massas muito diferentes: um livro e uma foha de papel. Com a folha de papel em uma mão e um livro grosso na outra, solta-se os dois da mesma altura ao mesmo tempo. O resultado esperado na primeira queda é que o livro chegue ao chão antes da folha, o que é confirmado pela experiência. Este tipo de resultado é que cria o senso comum de que os objetos mais pesados caem mais rápido. Então realiza-se uma segunda queda, desta vez com a folha de papel sobre a capa do livro. O resultado é surpreendente: agora os dois objetos caem juntos. O que acontece é que a força de resistência do ar tem efeito muito maior na follha do que no livro, freando o movimento da folha. Quando a folha é colocada por sobre o livro, a força de resistência é praticamente eliminada permitindo que a folha caia livremente, chegando ao mesmo tempo que o livro ao chão. Com estes experimentos pode-se observar que todos os objetos caem do mesmo modo, a menos que a resistência do ar retarde o movimento.

Tabela do material

Comentários

• A verificação dos resultados depende da observação atenta da queda. Por isso repita cada par de quedas pelo menos duas vezes.

Esquema de montagem:

A figura 1 mostra como fazer a primeira queda: um livro grosso em uma mão e um folha de papel na outra.

A figura 2 mostra como fazer a segunda queda: a folha de papel por sobre a capa do livro.

fig(1)

fig(2)

Projeto Experimentos de Física com Materiais do Dia-a-Dia - UNESP/Bauru

MHS/FCL

No estudo de queda livre, hoje, um dos equipamentos mais utilizados é a fotografia múltipla. Essa técnica é usada em Física, principalmente como recurso didático, para o estudo de corpos em movimento. Sabemos que se não houvesse a resistência do ar, todos os corpos, de qualquer peso ou forma, abandonados da mesma altura, na superfície da Terra, levariam o mesmo tempo para atingir o solo. Em Física, esse movimento é conhecido como queda livre dos corpos.

Podemos verificar a influência da resistência do ar na queda dos objetos (corpos) de uma forma bastante simples e descontraída. Para uma aula de queda livre, o professor pode fazer tal experimento a fim de observar a influência do ar na queda de alguns objetos. A forma que podemos aplicar é impedindo que o ar atue diretamente sobre os corpos enquanto eles caem. Para que isso aconteça, basta colocar um anteparo protetor sob os corpos, como, por exemplo, uma tampa de caixa de sapatos.

A fim de demonstrar a influência da resistência do ar nos objetos, basta colocar objetos de forma e peso diferentes (que decerto caem em tempos diferentes quando abandonados livremente da mesma altura) sobre a tampa da caixa de sapatos.

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Para a realização do simples experimento vamos precisar de:

- pedaço de barra de ferro
- prego
- parafuso
- papel amassado (embolado)
- uma folha de papel
- uma pena
- chumaço de algodão

Após colocar todos os objetos dentro da tampa da caixa de sapatos, peça aos alunos que prestem bastante atenção aos objetos que vão cair. Ao ter a atenção dos alunos, deixe cair a tampa com os objetos.

É claro que, se o peso influir, como afirmava Aristóteles, os mais leves devem cair depois dos mais pesados. Se a diferença no tempo de queda se deve à apenas a resistência do ar, como afirmava Galileu, todos devem cair juntos porque a tampa impede que o ar exerça sua ação diretamente sobre os corpos. O que acontece? Faça a experiência e tire suas conclusões.

Por Domiciano Marques
Graduado em Física

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