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. 
 botão (recording), e acionando o embolo no botão Force que 3 – Registrando os dados 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 TEMPO
 
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 
 
Com resistência do ar 90 N 
 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 situações com 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 alturamenor, 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.