queda livre Pronto

Prévia do material em texto

Universidade Paulista
Alexssandra da silva Ra: t1302a8
Alexssandro Cajaiba Ra:t449316
Carlos Eduardo Rodrigues de Oliveira Ra:t383811
Diego Gouvea dos Santos Silva Ra:t1550a6
Eduardo Henrique dos Santos Ra:c22hhb9
Giovana Carvalho da Silva Ra: t710286
Hyago Rennan de sauza Garcia Ra:t1191E0
Leidivam Felicio da Silva Ra:t203384
Manoel Alves dos Reis Junior Ra:t824613
Pedro Henrique Pontes de Ataides Ra:t1512h2
Wagner Pereira de Morais Ra:t624070
ATIVIDADES PRÁTICAS SUPERVISIONADAS
Queda livre
Santos
 2016
Universidade Paulista
Alexssandra da silva Ra: t1302a8
Alexssandro Cajaiba Ra:t449316
Carlos Eduardo Rodrigues de Oliveira Ra:t383811
Diego Gouvea dos Santos Silva Ra:t1550a6
Eduardo Henrique dos Santos Ra:c22hhb9
Giovana Carvalho da Silva Ra: t710286
Hyago Rennan de sauza Garcia Ra:t1191E0
Leidivam Felicio da Silva Ra:t203384
Manoel Alves dos Reis Junior Ra:t824613
Pedro Henrique Pontes de Ataides Ra:t1512h2
Wagner Pereira de Morais Ra:t624070
ATIVIDADES PRÁTICAS SUPERVISIONADAS
Queda Livre
Trabalho dissertativo de curso apresentado a Universidade Paulista como exigência parcial para aprovação no 1º semestre do Curso de Engenharia Mecânica
 Orientador: 
Santos
2016
``Se fiz descobertas valiosas, foi mais por ter paciência do que qualquer outro talento.´´
Isaac Newton
Resumo
 Queda livre é o termo utilizado para descrever o movimento de um corpo que cai, sujeito somente à força gravitacional terrestre. Esse movimento se caracteriza pela aceleração constante que os corpos em queda livre apresentam nas proximidades da superfície terrestre. A velocidade dos corpos em queda livre aumenta em 9,8 m/s a cada segundo. Esse valor é uma constante que recebe um nome específico, aceleração da gravidade, representado pelo símbolo g.
 Se todos os corpos que caem o fazem com a mesma aceleração, pode-se concluir que todos levam o mesmo tempo para cair de certa altura até o solo, e, portanto, os seus movimentos de queda são idênticos. Isso ocorre porque a descrição de um MRUV só depende da aceleração e da velocidade inicial do corpo, cujo valor é zero (v0 = 0) na queda livre.
 Durante a queda de um corpo, o atrito com o ar resulta em uma força de resistência ao movimento de queda. Essa força depende da forma do corpo em movimento e da sua velocidade. Duas consequências resultam dessa observação. Os corpos, na Terra, apresentam tempos de queda distintos. Basta comparar a queda de duas folhas de papel, uma aberta e outra amassada, em forma de bola. A resistência do ar aumenta com a velocidade do corpo, por isso a aceleração do objeto em queda diminui com o aumento de sua velocidade
Abstract
 Freefall is the term used to describe the motion of a falling body, subject only to the earth's gravitational force. This movement is characterized by constant acceleration that bodies in freefall present near the earth's surface. The speed of free falling bodies increases by 9.8 m / s every second. This value is a constant that receives a specific name, acceleration of gravity, represented by the symbol g.
        If all falling bodies do with the same acceleration, it can be concluded that all take the same time to fall from a height to the soil, and thus its downward movement are identical. This is because the description of a MRUV only depends on the acceleration and the body's initial velocity, whose value is zero (V0 = 0) in free fall.
 uring the fall of a body, the friction with the air results in a force of resistance to the downward movement. This force depends on the body shape in motion and speed. Two consequences result from this observation. The bodies on Earth have different fall times. Just compare the fall of two sheets of paper, one open and one crumpled in a ball. The air resistance increases with the body's speed, so the acceleration of the falling object decreases with the increase of its speed
 
 
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).
1.Historia da Queda Livre
 
 No estudo de física a queda livre é uma particularização do movimento uniformemente variado 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 corpo
´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. O exemplo mais comum de movimento com aceleração (aproximadamente) constante é o de um corpo que cai ao solo. Quando um corpo cai no vácuo, de forma que a resistência do ar não afete seu movimento, comprovamos um fato notável: todos os corpos, quaisquer que sejam seus tamanhos, formas ou composição caem com a mesma aceleração no mesmo local próximo da superfície da Terra. Esta aceleração, indicada pela letra g, é denominada aceleração de queda livre (ou às vezes aceleração devida à gravidade). Embora essa aceleração dependa da distância ao centro da Terra, se a distância de queda for pequena em comparação com o raio da Terra (6400 km), poderemos supor a aceleração constante durante a queda.
1.2 Queda Livre
 Na proximidade da superfície da Terra o módulo de g é aproximadamente 9,8 m/s2. O sentido da aceleração de queda livre em qualquer ponto define o que entendemos por “para baixo” daquele ponto.
 Embora falemos de corpo em queda, os corpos que sobem estão sujeitos à mesma aceleração dequeda livre (em módulo e sentido). Isto é, não importa se a velocidade da partícula é para cima ou para baixo, o sentido de sua aceleração sob a influência da gravidade terrestre é sempre para baixo.
 O valor exato da aceleração de queda livre varia com a latitude e com a altitude. Há também variação significativa causada por diferenças na densidade local da crosta terrestre.
 Agora analisaremos matematicamente o movimento com aceleração constante e a atração universal entre corpos. Se um corpo de massa m é acelerado a partir de seu estado num campo gravitacional constante (força gravitacional = mg), este executa movimento retilíneo uniformemente acelerado .Através da utilização do sistema de coordenadas, tal que, o eixo y indique a direção do movimento (altura), e resolvendo sua equação unidimensional,
1.2.1 PROBLEMA DE QUEDA LIVRE
 
 Neste experimento determinou-se empiricamente a aceleração da gravidade em um corpo (esfera de aço). Onde a esfera foi colocada em um eletroímã e logo após foi solta, partindo do repouso e caindo dentro da cesta na base do equipamento de acordo com a figura a seguir.
Figura 1 – Conjunto queda livre. 
 Sensores de movimento distribuídos homogeneamente ao longo da haste registraram os intervalos de tempo ∆y, entre a passagem dos sensores à um percurso de 1000mm que é a distância total até à cesta.
Para este estudo fez-se necessário medir as grandezas: distancia entre os sensores (m) e o intervalo de tempo entre os sensores (s).
DESENVOLVIMENTO TEÓRICO
Segundo (Halliday 2009), Para que possamos determinar a aceleração da gravidade em queda livre é necessário utilizar algumas equações do movimento uniformemente variado (MUV), que são aqueles cuja velocidade varia em função do tempo segundo a expressão a seguir:
V = v0+at
 Onde: 
 V=Velocidade final
 V0=Velocidade inicial 
 A=Aceleração 
 t= Tempo 
Sabe-se pelas leis de Newton que um corpo só apresenta aceleração quando está submetido á ação de uma força, caso contrário, seu movimento é descrito pela Lei da Inércia que diz que um corpo quando não está sob ação de forças mantém-se em movimento retilíneo uniforme. No caso da queda livre, sabemos que a única força que age no corpo é o seu próprio peso. Como a força peso é caracterizada pela ação da gravidade, todo corpo em queda livre possuirá como a aceleração, a mesma aceleração da gravidade. Desta forma, podemos reescrever a equação anterior como: V = v0+gt
2. Leis de Newton
 Podemos relacionar os efeitos sofridos pelo protótipo em sua queda com as três Leis de Newton:
Primeira Lei de Newton - Lei da Inércia:
 No momento inicial antes do lançamento do protótipo, o mesmo se encontra em repouso estático. Nesse mesmo momento, a força resultante será zero, uma vez que a força da mão que mantém o objeto em repouso se anula com a força peso e a força gravitacional.
Segunda Lei de Newton - O princípio fundamental da dinâmica:
No momento em que o protótipo é lançado, a força resultante deixa de ser zero (as diversas forças resultantes não se anulam mais); nesse caso o protótipo irá sofrer uma aceleração (mudança de velocidade do corpo). Como a trajetória do corpo será na vertical, a aceleração vigente será a aceleração gravitacional (  = 9,8 m/s²).
O protótipo construído pela equipe "Os Newtonianos" foi projetado justamente para compensar essa aceleração gravitacional e a resistência do ar. Dessa forma, foram utilizados doze balões com esse intuito.
Terceira Lei de Newton - Lei da ação e reação:
Através da utilização dos doze balões, pode-se concluir que os mesmos tentam diminuir a velocidade com que o protótipo cairá no solo, diminuindo assim a chance de rompimento da casca do ovo e promovendo sua integridade.
2.1 . Procedimento do Experimento ( Queda livre) Falha
1 passo : Antes da realização do experimento, foram tomados alguns cuidados para que os experimentos ocorressem da maneira mais precisa possível. Primeiro foi ligada a chave do cronômetro, e observou-se se o primeiro e último sensor estavam corretamente posicionados .	Em seguida experimento foi utilizado dois Balões (bexiga) uma dentro da outra onde uma contia o ovo cru e outra envolto cheia de ar
2 passo: De acordo com as normas o ovo deveria ser lançado numa altura de cinco metros, para atingir uma alvo no chão .
3 passo: Assim que lançado o no alvo o ovo não veio a quebrar mas sofreu rachadura, e o experimento veia a falhar na primeira tentativa
Matérias Usados : Duas Balões , Ovo , alvo, Cronometro
Fotos do Primeiro Experimento:
Matérias do Primeiro Experimento
Procedimentos em Pauta
Integrantes do Grupo (teste)
2.2 . Procedimento do Experimento ( Queda livre)
1 Passo : Antes da realização do experimento, foram tomados alguns cuidados para que os experimentos não vinhese a falhar novamente, outra forma de experimento foi montada
2 Passo : O novo experimento veio ser feito apenas em uma caixa de papelão, testado de diversas formas
3 Passo : Dentro da caixa de papelão contia um saco de algodão no fundo da caixa o Ovo no cento e coberto por uma saco de Plástico.
4 Passo : Para finalizar com o ovo no cento da caixa foi posta novamente uma camada de algodão por cima, a caixa foi lacrada por fora com fita adesiva
5 Passo: Por ultimo teste de impacto foi realizado, sendo que o experimento foi lançado de altura de 10 metro, sendo bem sucedido.
Materiais Utilizado : Ovo cru, Caixa de Papelão, Dois Sacos de algodão , Fita Adesiva
Fotos dos Experimentos:
Matérias do Segundo Experimento
 
 Teste de Impacto 
 
 Integrantes do Grupo
3. Anexo
 Figura 1 (conceito de Queda livre)
	Figura 2 Aceleraçao da Gravidade
	Figura 3 Ação e Reação forças gravitacionais 
4. Conclusão 
  Conclui-se que queda livre o movimento de subida ou descida que os corpos realizam no vácuo ou quando desprezamos a resistência do ar. O que difere o lançamento vertical da queda livre é o fato da velocidade inicial no primeiro ser diferente de zero. No caso da queda livre só poderemos ter movimentos no sentido de cima para baixo, no caso do lançamento vertical poderemos ter movimentos em ambos os sentidos, ou seja, de cima para baixo ou de baixo para cima. O seu peso, nenhuma outra força atua sobre o corpo. Sobrepõe o que acontece com um objeto quando é elevado a uma acerta altura do solo e então largado.
 O estudo feito traduz em conceito e prática aquilo que o movimento queda livre exige, no entanto, pequenos erros ou desvios de valores foram percebidos, pois toda experiência está sujeita a erros e sendo a gravidade experimental oriunda do delta velocidade e utilizarmos fórmulas para encontrar o resultado final entendemos que o mesmo pode apresentar variações.  Contudo, o nosso resultado final foi satisfatório,
5. Referencia Bibliografias
Queda livre conceito
Disponível em > http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/queda-livre.htm-Acesso em 1 de Outubro de 2016
Queda livre
Disponível em>http://brasilescola.uol.com.br/fisica/lancamento-vertical.htm-Acesso em 1 de Outubro de 2016
Método de Galileu
Disponível em >https://sites.google.com/site/conexaocientifica/aplicacoes-do-metodo/galileu-e-a-queda-dos-corpos-graves-Acesso em 2 de outubro de 2016
Leis de Newton Disponível>http://www.if.ufrgs.br/tex/fis01043/20042/juliana/as%20leis.htm-acessom em 3 de Outubro de 2016