Queda Livre

1. OBJETIVOS

Obter experimentalmente as equações de movimento de um corpo em queda livre, onde não consideramos a resistência do ar. Vamos determinar a aceleração da gravidade local e representa-la em gráficos. Para esse experimento usamos três bolinhas de diversos tamanhos para determinar a aceleração de diferentes massas.

2. CONCEITUAÇÃO TEÓRICA

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.

3. EQUIPAMENTOS E MATERIAIS PERMANENTES NECESSÁRIOS

• Cronômetro digital com fonte DC (0-12V)

• Sensor STOP com suporte fixador móvel

• Eletro-imã com dois bornes e suporte fixador

• Trilho em alumínio com reentrâncias para sensores

• Tripé estrela com três sapatas niveladoras

• Chave liga desliga com quatro bornes

• Cabos de ligação especial com 6 pinos banana

• Esfera de aço

• Sacola com fixador móvel para colher a esfera

4. MATERIAL DE CONSUMO NECESSÁRIO

Não há necessidade de material de consumo.

5. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

1. Montar o equipamento conforme foto abaixo.

2. Fixar o eletroímã na extremidade do trilho.

3. Ligar o eletroímã à fonte de tensão variável deixando em série a chave liga desliga.

4. Conectar o cabo START (S1) do cronômetro na caixa chave liga desliga.

5. Colocar a esfera de aço em contato com o eletroímã.

6. Colocar o sensor STOP a abaixo da esfera (prestar atenção no diâmetro da esfera e na posição em que a esfera em queda livre interrompe a contagem do tempo, ou seja, o cronômetro interrompe a contagem do tempo quando a esfera passar pelo centro do sensor). Medir com uma régua a primeira medida:

7. Conectar o cabo do sensor STOP ao terminal do cronômetro.

8. Desligar o eletroímã liberando a esfera e anotar o tempo indicado pelo cronômetro. Repetir o procedimento três vezes e calcular a média dos tempos para cada distância.

9. Deslocar o sensor STOP em 0,150m e repetir os procedimentos acima e completar as tabelas abaixo:

Nº (m)

(m)

(m)

(s)

(s)

(s)

(s)

(m/s2)

...