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3º Relatório Roteiro De Aula Pratica Queda Livre

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QUEDA LIVRE
INTRODUÇÃO
A experiência realizada constitui-se em uma esfera que cai livremente de distâncias pré-determinadas. Seu tempo de queda é medido e tabelado. A partir desses resultados, tem-se como objetivo determinar a aceleração da gravidade baseada na atração entre corpos. Por referir-se à atração entre corpos é muito útil na astrofísica para medir a aceleração gravitacional em diferentes corpos no universo.
Experiências pouco cuidadosas podem dar a impressão de que a aceleração varia com a massa dos corpos; por exemplo, uma folha de papel amassada e outra aberta podem cair em tempos diferentes: isto ocorre devido à resistência do ar. Os antigos gregos acreditavam firmemente que isto se devia às propriedades intrínsecas dos corpos (quanto mais pesado o corpo, maior a sua velocidade de queda).
Galileu mostrou que este não era o caso, soltando vários corpos do alto da Torre de Pisa. Além disso, usou um argumento muito convincente a favor da constância de g, para todos os corpos: suponhamos um corpo A caindo do alto da torre; imaginemos, agora, o corpo dividido em duas metades. Cada uma destas duas metades terá a mesma aceleração que qualquer outro corpo que tenha a mesma massa que a metade do corpo A. Se, agora, juntamos novamente as metades, elas vão continuar tendo a mesma aceleração. É evidente, pois, que corpos de diferentes massas têm a mesma aceleração na queda.
OBJETIVOS
Obter experimentalmente as equações de movimento de um corpo em queda livre;
Determinar a aceleração da gravidade local.
Entender o fenômeno da queda dos corpos e a ação da aceleração da gravidade combinada com o atrito provocado pelo ar.
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. 
Na queda, o módulo da velocidade do corpo aumenta, o movimento é acelerado, e, portanto, o sinal da aceleração é positivo.
Equação horária do espaço na queda livre:
Onde: g é a aceleração da gravidade 
           t  é o tempo de queda. 
          S  é a altura
Equação horária da velocidade na queda livre:
Onde: v é a velocidade
Equação de Torricelli para a queda livre.
Quando um corpo é arremessado para cima ou para baixo, com uma velocidade inicial não nula, chamamos o movimento de Lançamento vertical. Esse movimento também é um movimento uniformemente variado como na queda livre, em que a aceleração é a da gravidade.
Lançamento vertical para cima 
À medida que um corpo lançado para cima sobe, sua velocidade escalar diminui até que se anule no ponto de altura máxima. Isso ocorre porque o movimento é retardado, ou seja, o movimento se dá contra a ação da gravidade.
Lançamento vertical para baixo
Ao contrário do lançamento vertical para cima, o lançamento vertical para baixo é um movimento acelerado, pois está na mesma direção e sentido da aceleração gravitacional. Assim, a velocidade de um corpo lançado verticalmente para baixo aumenta à medida que o corpo desce.
As funções horárias do lançamento vertical são:
Função horária do espaço
Função horária da velocidade
Equação de Torricelli
V2 = V02 + 2.a.∆S
Para o lançamento para baixo, a aceleração é positiva (g > 0), enquanto para o lançamento para cima a aceleração é negativa (g < 0).
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
 
MATERIAL DE CONSUMO NECESSÁRIO
 Não há necessidade de material de consumo.
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Montar o equipamento conforme foto abaixo.
Fixar o eletroímã na extremidade do trilho.
Ligar o eletroímã à fonte de tensão variável deixando em série a chave liga desliga.
Conectar o cabo START (S1) do cronômetro na caixa chave liga desliga.
Colocar a esfera de aço em contato com o eletroímã.
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: 
Conectar o cabo do sensor STOP ao terminal do cronômetro.
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.
Deslocar o sensor STOP em 0,150m e repetir os procedimentos acima e completar as tabelas abaixo:
TABELA 01: ESFERA COM MASSA MENOR
	Nº
	
 (m)
	
 (m)
	
 (m)
	
 (s)
	
 (s)
	
 (s)
	
 (s)
	
 (m/s2)
	
 (
)
	
 (
)
	
2
	01
	0,100
	0,250
	0,150
	0,177
	0,178
	0,177
	0,177
	9,57
	0
	1,68
	0,031
	02
	0,100
	0,350
	0,250
	0,230
	0,229
	0,229
	0,229
	9,53
	0
	2,18
	0,052
	03
	0,100
	0,450
	0,350
	0,273
	0,272
	0,272
	0,272
	9,46
	0
	2,58
	0,074
	04
	0,100
	0,550
	0,450
	0,308
	0,309
	0,309
	0,309
	9,42
	0
	2,93
	0,095
	05
	0,100
	0,650
	0,550
	0,342
	0,341
	0,342
	0,342
	9,40
	0
	3,25
	0,117
	Média 
	9,48
TABELA 02: ESFERA COM MASSA MAIOR
	Nº
	
 (m)
	
 (m)
	
 (m)
	
 (s)
	
 (s)
	
 (s)
	
 (s)
	
 (m/s2)
	
 (
)
	
 (
)
	
2
	01
	0,100
	0,250
	0,150
	0,178
	0,179
	0,179
	0,179
	9,36
	0
	1,68
	0,032
	02
	0,100
	0,350
	0,250
	0,231
	0,231
	0,230
	0,231
	9,37
	0
	2,17
	0,053
	03
	0,100
	0,450
	0,350
	0,272
	0,272
	0,273
	0,272
	9,46
	0
	2,55
	0,074
	04
	0,100
	0,550
	0,450
	0,310
	0,310
	0,311
	0,310
	9,36
	0
	2,91
	0,096
	05
	0,100
	0,650
	0,550
	0,343
	0,344
	0,344
	0,344
	9,29
	0
	3,23
	0,118
	Média 
	9,37RESULTALDOS E ANÁLISES
Responder às questões:
Considerando as forças que atuam sobre um corpo em queda, o que distingue o movimento em queda-livre do movimento real? 
 R: O movimento de queda livre é uma idealização, ou seja, um modelo, que pode descrever o movimento de um dado corpo real de modo mais ou menos realista, conforme a importância do módulo da força de arraste comparado com o módulo da força peso do corpo.
Qual a interferência da massa do corpo em seu tempo de queda? 
R: A massa não interfere no tempo de queda e sim a força gravitacional da Terra que é sempre 10m/s². Todos os objectos em queda livre, próximo da superfície da Terra e não sujeito à resistência do ar, caem com a mesma aceleração porque o valor de g não depende da massa do grave.
Qual a função que relaciona a velocidade de um corpo em queda-livre com o tempo? 
Qual a função que relaciona o deslocamento vertical de um corpo em queda-livre com o tempo? 
Qual a função que relaciona a velocidade de um corpo em queda-livre com deslocamento?
V2 = V02 + 2.a.∆S
Construir o gráfico de posição final versus tempo usando os dados do experimento.(Papel milímetrado)
Construir o gráfico velocidade final versus tempo.(Papel milimetrado)
Obtenha as equações horárias do movimento em queda livre e da velocidade do movimento em queda livre para este experimento.
Calcule o erro relativo encontrado para o valor experimental da aceleração da gravidade, pela expressão: 
CONCLUSÃO
Através do experimento com esferas diferentes, o valor obtido foi aproximadamente o mesmo para as duas esferas. Notamos então que a massa não interfere no movimento de queda livre no vácuo. Vemos que aquelas conclusões feitas por Galileu a séculos atrás realmente são válidas. Mais uma vez a física estava certa. Se levarmos em consideração os valores de erros obtidos e as falhas e/ou imperícias do operador, conseguimos um resultado muito bom. Em linhas geras os resultados foram satisfatórios, pois forneceram um valor próximo do esperado, mas não equiparável a aquele visado pelo objetivo da experiência.
Segunda Lei de Newton
O princípio da segunda lei de Newton consiste na afirmação de que um corpo em repouso necessita da aplicação de uma força para que possa se movimentar, e para que um corpo em movimento pare é necessária a aplicação de uma força. Um corpo adquire velocidade e sentido de acordo com a intensidade da aplicação da força.
 Aceleração: é a taxa de variação da velocidade. No SI sua unidade é o metro por segundo ao quadrado (m/s2).
Newton estabeleceu esta lei para análise das causas dos movimentos, relacionando as forças que atuam sobre um corpo de massa m constante e a aceleração adquirida pelo mesmo devido à atuação das forças. Esta lei diz que:
 A resultante das forças aplicadas sobre um ponto material é igual ao produto da sua massa pela aceleração adquirida:
Esta é uma igualdade vetorial na qual força e aceleração são grandezas vetoriais, as quais possuem módulo, direção e sentido. Esta equação significa que a força resultante (soma das forças que atuam sobre um determinado ponto material) produz uma aceleração com mesma direção e sentido da força resultante e suas intensidades são proporcionais.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
http://www.mundoeducacao.com/fisica/movimento-queda-livre-lancamento-vertical.htm
http://www.mundoeducacao.com/fisica/queda-livre.htm
http://www.brasilescola.com/fisica/o-movimento-queda-livre.htm
http://www.coladaweb.com/fisica/mecanica/queda-livre
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