Eds Lab 6 Aceleração da Gravidade Fisica Mecanica

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Fisica Mecânica
Aula 6 – Aceleração da Gravidade
Edvilson Simioni
Centro Universitário Uninter
Pap. Endereço: Rua Getúlio Vargas 488-E Centro CEP:78455-000
Lucas do Rio Verde - Mato Grosso - Brasil
E-mail: edvilsonsimioni@gmail.com
Resumo
Analisando a segunda lei de Newton, a força peso pode ser obtida pelo produto da massa do objeto pela aceleração da gravidade local g.
Logo, a força vertical de cima para baixo que faz qualquer objeto acelerar quando em queda livre é a força peso, e a aceleração que essa força proporciona é a aceleração da gravidade (g), que na superfície do planeta Terra vale aproximadamente g= 9,8m/s2.
Palavras chave: Newton, gravidade, força, e g=9,8m/s2.
Introdução
Vivenciamos a aceleração ao começar a correr para chegar a tempo a algum lugar, ou ao diminuir o passo para conversar com um amigo, ou dobrando uma esquina. Esses são exemplos de mudanças na velocidade ou na direção. 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, 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. 
Procedimento Experimental
1 – Iniciado o Virtual Physics e selecionado Acceçeration of Gravity, na bancada de mecânica (Mechanics).
2 – Para o primeiro experimento será utilizada uma esfera de 0,25kg sobre uma bancada, e um embolo preso na parte inferior, para golpear a esfera. Será registrado a aceleraçao após o lançamento e enquanto cai novamente.
Fazendo previsões: Como você acha que a velocidade da esfera muda à medida que ela se move para cima? E à medida que cai?
R: Haverá uma aceleração inicial, durante o início da subida e quando mais alta passa a reduzir esta aceleração até a mudança de trajetória, onde a esfera volta a acelerar quando em queda.
Clique em Lab book para abri-lo. Clique no botão (Recording) para começar a registrar os dados. Lance a esfera para o ar apertando o botão Force. Observe a trajetória da esfera. O êmbolo está regulado para bater na esfera com uma força de 75 N. Quando a esfera atingir a borda inferior, o experimento vai parar e um link aparecerá no Lab book com a posição, velocidade e aceleração da esfera versus tempo. Na tabela abaixo, escreva quanto tempo a esfera levou para cair e qual a velocidade final, imediatamente antes que ela pare.
3 – Registrando os dados botão (recording), e acionando o embolo no botão Force que está regulado para 75N, a será projetada para cima esfera rola sobre a bancada até bater na parede, pausando o experimento, botão Pause. No Lab book aparece o link com a posição e a velocidade da esfera e tempo.
4 – Repita o experimento, mas altere a força do êmbolo: clique no botão Reset para reiniciar e altere a força do êmbolo na seção Forces no dispositivo para alteração de parâmetros (Parameters). Repita o passo 3.
5 - Clique no botão Reset novamente para reiniciar o experimento. Desta vez, adicione a resistência do ar, trazendo-a da bandeja para a área de experimentos. Repita o passo 3 para registrar a velocidade da esfera durante a queda.
6 - A esfera não subiu tanto porque a resistência do ar diminuiu sua velocidade. Agora você pode ajustar a força do êmbolo para que ele arremesse a esfera mais alto. Observe a velocidade da esfera enquanto ela cai. Clique no botão Reset para reiniciar o experimento e ajuste a força do êmbolo no dispositivo de parâmetros. Lembre-se de colocar a resistência do ar na área de experimentos novamente. Repita o passo 3.
Tabela de dados
	Força (N)
	Resistência do ar
(com ou sem)
	Tempo até atingir o
chão (s)
	Velocidade ao atingir o
chão (m/s)
	75
	SEM
	3,04
	14,90
	80
	SEM
	3,66
	17,88
	75
	COM
	1,31
	3,15
	90
	COM
	1,83
	3,19
Observando nos experimentos anteriores, em quais partes da trajetória da esfera houve aceleração?
R: Durante toda a trajetória houve aceleração da Esfera. Já nos casos sem a resistência do ar, a aceleração foi a gravitacional, e nos casos com a resistência do ar, houve uma aceleração variada. Em ambos dos casos, as acelerações resultantes atuaram freando a esfera na subida e acelerando na descida. 
Análise
Desenhando gráficos: 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 esferas. O primeiro ponto de cada gráfico deve ser (0 s, 0 m), que corresponde ao instante e à posição espaço em que a esfera foi golpeada. Indique então a altura da esfera (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 esfera e a presença ou não de resistência do ar.
Tabela 1											Tabela 2 
Força 75N sem resistência do ar 					 Força 75N com resistência do ar
	T(s)
	y(m)
	
	T(s)
	V_Y(m/s)
	
	T(s)
	y(m)
	
	T(s)
	V_Y(m/s)
	0.000
	0,000
	
	0.000
	0,000
	
	0.0000
	0.0000
	
	0.0000
	0.0000
	0,420
	5,060
	
	0,420
	10,881
	
	0.2010
	13.030
	
	0.2010
	35.917
	0,728
	7,946
	
	0,728
	7,860
	
	0.4020
	17.010
	
	0.4020
	0.7364
	1,128
	10,306
	
	1,128
	3,938
	
	0.6600
	15.698
	
	0.6600
	-16.354
	1,534
	11,096
	
	1,534
	0,976
	
	0.7530
	13.895
	
	0.7530
	-22.086
	1,949
	10,234
	
	1,949
	-4,113
	
	0.9600
	0.8509
	
	0.9600
	-28.821
	2,258
	8,495
	
	2,258
	-7,143
	
	10.650
	0.5400
	
	10.650
	-30.257
	2,562
	5,870
	
	2,562
	-10,124
	
	11.690
	0.2208
	
	11.690
	-31.033
	2,865
	2,352
	
	2,865
	-13,096
	
	12.730
	-0.1043
	
	12.730
	-31.450
	3,049
	-0,223
	
	3,049
	-14,900
	
	13.110
	-0.2239
	
	13.110
	-31.548
Tabela 3											Tabela 4
Força 80N sem resistência do ar 					 Força 90N com resistência do ar
	T(s)
	y(m)
	
	T(s)
	V_Y(m/s)
	
	T(s)
	y(m)
	
	T(s)
	V_Y(m/s)
	0,000
	0,000
	
	0,000
	0,000
	
	0,000
	0,000
	
	0,000
	0,000
	0,102
	1,181
	
	0,102
	14,999
	
	0,102
	0,924
	
	0,102
	7,841
	0,533
	6,735
	
	0,533
	10,773
	
	0,209
	14,994
	
	0,209
	3,674
	0,839
	9,572
	
	0,839
	7,772
	
	0,312
	17,789
	
	0,312
	1,909
	1,256
	11,960
	
	1,256
	3,682
	
	0,415
	19,118
	
	0,415
	0,722
	1,668
	12,645
	
	1,668
	-0,357
	
	0,535
	19,268
	
	0,535
	-0,462
	2,183
	11,161
	
	2,183
	-5,407
	
	0,737
	16,585
	
	0,737
	-2,058
	2,599
	8,063
	
	2,599
	-9,487
	
	0,946
	11,341
	
	0,946
	-2,832
	3,118
	1,818
	
	3,118
	-14,577
	
	1,152
	0,519
	
	1,152
	-3,086
	3,252
	-0,223
	
	3,252
	-15,891
	
	1,360
	-0,132
	
	1,360
	-3,162
Gráfico 1				GRAFICO POSIÇÃO VERSUS TEMPOCom resistência do ar 90 N
Desenhando gráficos 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 esferas. 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 esferas.
Gráfico 2
3 - Interpretando dados descreva as diferenças percebidas entre os gráficos e explique por que elas ocorrem. Existe diferença no movimento dos objetos com e sem a resistência do ar?
R: Os gráficos de espaço versus tempo são curvas, que indicando que houve aceleração. Já nas situaçõescom atrito, a esfera atingiu uma altura menor. Nos gráficos de velocidade versus tempo, nos casos sem atrito, a velocidade variou de maneira linear, e a velocidade inicial teve seu valor praticamente igual ao da final. Já nas situações com atrito, a velocidade variou de maneira não uniforme, e a velocidade final atingida foi menor que a velocidade inicial. A diferença no movimento dos objetos é nítida: nos casos com atrito, as esferas atingem uma altura menor, e seu movimento tem menor duração. 
4 - Interpretando dados Como os gráficos velocidade versus tempo mostram que as bolas estão acelerando?
R: A aceleração indica uma variação na velocidade. Já no gráfico de velocidade com caso de um movimento sem aceleração deve ser uma reta na horizontal com valor constante.
5 - Comparando e diferenciando: 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? 
R: A aceleração nos experimentos em que não havia a resistência do ar é constante e equivale à aceleração da gravidade terrestre (9,8 m/s2). Nesses casos, a declividade das retas de velocidade nos gráficos é a mesma. Nos casos em que a resistência do ar atuou, a aceleração foi inicialmente muito maior e teve uma variação, terminando com uma intensidade muito pequena. 
6 - Interpretando dados: 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?
R: Nos gráficos dos experimentos com a resistência do ar, no final do movimento de queda há uma demonstração de aceleração muito pequena e quase constante, ou seja, o movimento foi praticamente uniforme e sua velocidade quase constante. Isso ocorre porque a resistência do ar se opõe à gravidade, desencadeando, assim, uma queda com velocidade quase constante. Essa grandeza é chamada de velocidade terminal. Assim, mesmo havendo a aceleração da gravidade, a força de resistência se equilibra com a força peso exercida pela gravidade. Esse fenômeno pode ser observado em saltos de paraquedas ou nas gotas de chuva. 
7 - Aplicando conceitos: 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?) 
R: Quanto maior a força do êmbolo, maior a velocidade inicial da bola, porém a declividade da reta no gráfico de velocidade versus o tempo nos casos sem atrito foi a mesma. Já nos casos com atrito, a declividade foi maior onde a força do êmbolo era maior. 
 
CONCLUSÃO
Sabe-se que a gravidade é uma força que atua sobre um corpo atraindo-o para outro corpo de maior massa, normalmente essa força é mensurável quando a massa de um dos corpos é relativamente alta, como planetas, corpos celestes, etc. Com o planeta Terra não é diferente, sua enorme massa atrai todos os corpos que se aproximam do seu campo gravitacional com uma aceleração de 9, 80665 m/s².
	
REFERENCIAS
	Woodfield, Brian F.
	Virtual Lab física : manual / Brian F. Woodfield...[et al.] ; tradução Talita Marques
	Zupo. -- 1. ed. -- São Paulo : Pearson Prentice Hall, 2012.