Aceleração da gravidade

Prévia do material em texto

Aceleração da Gravidade
Resumo: estudar a aceleração de uma bola quando ela é lançada, com ou sem resistência do ar atuando.
Palavras chaves: desenhar gráficos, interpretar dados, aplicar conceitos.
Introdução
Você vivencia a aceleração ao começar a correr para chegar a tempo a algum lugar, ou ao diminuir o passo para conversar com um amigo ou dobrar uma esquina. O que esses movimentos têm em comum? Eles são exemplos de mudanças na velocidade ou na direção. A aceleração são alterações na velocidade ou na direção de um objeto em movimento. Ela pode ser positiva (resultando em aumento da velocidade) ou negativa (diminuindo a velocidade).
Quando um objeto cai pelo ar, duas forças agem sobre ele. A força da gravidade puxa o objeto para baixo, fazendo com que sua velocidade aumente durante a queda e, ao mesmo tempo, a resistência do ar tende a retardá-la, opondo-se ao movimento. Quando você coloca a mão para fora da janela de um carro em movimento, você consegue sentir a resistência do ar contra sua mão. A resistência do ar aumenta quando o carro vai mais rápido. Durante a queda de um objeto, a resistência do ar aumenta até atingir o ponto em que ela se iguala à força da gravidade que puxa o objeto para baixo. Nesse ponto, o objeto atinge sua velocidade máxima, chamada de velocidade terminal.
Procedimento
Na parte inferior da área de experimentos há uma bola de 0.25 kg (vista lateral). Um êmbolo está preso à parte de baixo da bola. Ela será atirada para cima pelo êmbolo, mas a gravidade a puxará de volta. Você deve observar a aceleração da bola enquanto ela é lançada para cima e enquanto cai de volta.
Como você acha que a velocidade da bola muda à medida que ela se move para cima? E à medida que cai?
A bola no momento em que está subindo, sua velocidade vai diminuindo gradativamente até parar. Quando começa a descer, a bola vai ganhando velocidade enquanto esta em queda.
	Tabela de dados (Tempo e Velocidade Total)
	Força (N)
	Resistência do ar
(com ou sem)
	Tempo de atingir o chão (s)
	Velocidade ao atingir o chão (m/s)
	75
	SEM
	3,05
	14,90
	92
	SEM
	3,74
	18,27
	75
	COM
	1,31
	3,15
	1000
	COM
	2,56
	3,19
Nos experimentos anteriores, em quais partes da trajetória da bola houve aceleração?
Houve aceleração em todas as trajetórias. Nos dois primeiros experimentos sem a resistência do ar, a aceleração foi gravitacional. Com a resistência do ar a velocidade da bola foi diminuída tendo uma aceleração variada.
Análise e conclusão
1 - Desenhando gráfico
Use os dados de cada link de seu Lab book para traçar no espaço abaixo, três linhas em um gráfico espaço versus tempo. Identifique o eixo horizontal como Tempo (s) e o eixo vertical como Posição (m). Lembre-se de utilizar uma escala adequada. Utilize, aproximadamente, dez pontos de cada link de dados para traçar a trajetória das bolas. O primeiro ponto de cada gráfico deve ser (0 s, 0 m), que corresponde ao instante e à posição espaço em que a bola foi golpeada. Indique então a altura da bola (no eixo y) no decorrer de todo o movimento de subida e de queda. Conecte os pontos usando uma cor para cada experimento e identifique as linhas com a força que arremessou a bola e a presença ou não de resistência do ar.
2 - Desenhando gráfico
Após ter construído o gráfico de posição versus tempo, construa os gráficos de velocidade (v_y) versus tempo, no espaço abaixo. Identifique o eixo horizontal como Tempo (s) e o eixo vertical como Velocidade (m/s). Utilize, aproximadamente, 10 pontos de cada link de dados para traçar a trajetória das bolas. Conecte os pontos utilizando as mesmas cores. do gráfico anterior e identifique as linhas novamente. Reconheça os trechos em que aceleração foi positiva ou negativa e em que momento houve mudança de direção na trajetória das bolas.
1 - Interpretando Dados
Descreva as diferenças que você percebe entre os gráficos e explique por que elas ocorrem. Existe diferença no movimento dos objetos com e sem a resistência do ar?
Os gráficos de posição x tempo, indicando a posição, o tempo e que houve aceleração. Nas linhas com resistência do ar, a bola atingiu uma altura menor, já nas linhas em que não contém a resistência a bola atingiu uma maior altura. Nos gráficos de velocidade x tempo, nos casos com a resistência do ar, a velocidade teve uma variação não uniforme, e a velocidade final atingida foi menor que a velocidade inicial. Sem resistência, a velocidade teve uma variação de maneira linear, e a velocidade inicial teve seu valor quase igual ao final. Existe sim a diferença no movimento das bolas com e sem a resistência do ar. Com resistência as bolas atingiram alturas menores e menor tempo no decorrer do movimento. Sem resistência atingiram alturas maiores e maior tempo de movimento.
Como os gráficos velocidade versus tempo mostram que as bolas estão acelerando?
Em um gráfico velocidade x tempo quanto maior a inclinação maior a aceleração, no caso de uma reta com valor constante indica um movimento sem aceleração.
Como se compara a aceleração nos experimentos em que não havia resistência do ar? Compare a declividade das retas de velocidade. Como essa aceleração se compara à aceleração dos experimentos em que a resistência do ar atuou?
Nos casos onde a não possui resistência do ar a aceleração é constante e equivalente a aceleração da gravidade e também a inclinação das retas de velocidade são iguais. Nos casos em que teve resistência do ar, a aceleração foi muito maior e teve uma variação na velocidade, terminando com uma intensidade menor.
Nos gráficos dos experimentos com a resistência do ar, há regiões que demonstram aceleração constante? Há trechos com velocidade constante ou aceleração nula? Por que as bolas talvez não acelerem, mesmo que a gravidade as puxe para baixo? O que estaria atuando sobre elas?
Nos gráficos dos experimentos com a resistência do ar, houve uma demonstração de aceleração muito pequena e quase constante no final do movimento de queda, o movimento foi uniforme e sua velocidade quase constante. Esse efeito ocorre porque a resistência do ar atua ao contrário a da gravidade, tendendo à retardar opondo-se ao movimento, assim a bola tem uma queda com velocidade quase constante. A aceleração da gravidade e a força da resistência do ar que aumenta até atingir o ponto em que sua velocidade máxima se iguala à força da gravidade. 
Há alguma relação entre a declividade das retas no gráfico e a força do êmbolo? (Dica: a intensidade da força usada para golpear a bola está relacionada com a velocidade da bola durante a queda? E durante a subida?).
Onde não houve atrito a inclinação da reta foi a mesma independentemente da força aplicada pelo êmbolo que só implica na velocidade inicial. Já nos casos que houve o atrito, a inclinação foi maior onde a forca do êmbolo foi maior.
Conclusão
Quando você coloca a mão para fora da janela de um carro em movimento, você consegue sentir a resistência do ar contra sua mão. A resistência do ar aumenta quando o carro vai mais rápido. Durante a queda de um objeto, duas forças agem sobre ele, a força da gravidade que puxa o objeto para baixo aumentando assim sua velocidade e a resistência do ar que tende à retardá-la opondo-se ao movimento. A resistência do ar aumenta até atingir o ponto em que ela se iguala à força da gravidade, nesse ponto, o objeto atinge sua velocidade máxima, chamada de velocidade terminal.
Referências
FÍSICA I - MECÂNICA
Autor: Sears & Zemansky / Young & Freedman