Atividade Prática FM Gravidade e o Movimento de Projéteis

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Gravidade e o Movimento de Projéteis
Diego Freitas Regis dos Santos, 
Centro Universitário Uninter
Pap Imbé/RS – Avenida Osório, 234 – Centro - CEP: 95.625-000 - Imbé – RS – Brasil
E-mail: diegos.regis@gmail.com
Resumo 
Experimento para demonstração da influência da força e ângulo de lançamento para a distância final da queda de projéteis.
Palavras chave: (física mecânica, lançamento de projéteis, resistência do ar).
 
Introdução
De acordo com Gaspar (2001), denomina-se lançamento de projéteis qualquer movimento não vertical, sob a ação da gravidade, em que a resistência do ar seja desprezível.
Movimento de um projétil é um movimento bidimensional e dessa forma, quando o ponto material se movimenta no plano, pelo menos uma de suas coordenadas, X ou Y, ou ambas, varia com o tempo. 
O tipo de lançamento avaliado é o oblíquo, que tem como característica a influência do ângulo de inclinação da velocidade inicial e a forma parabólica descrita pelo projétil.
 
Procedimento Experimental
Todo o experimento para avaliação do lançamento de projéteis é realizado em um laboratório virtual fornecido pela Uninter.
Para tanto, deve-se iniciar o software Virtual Physics e lá selecionar a opção Gravity and Projectile Motion na lista de atividades.
Após iniciado o software no local escolhido, pode-se operar as diversas ferramentas e opções dispostas como forma de simular o experimento em diversos cenários.
O experimento foi realizado em duas etapas, a primeira delas com uma bola de 0,20 Kg lançada com uma força de 100 N em quatro diferentes ângulos de lançamento (45°, 15°, 30° e 75°) sem a resistência do ar, e mais outras duas com algumas variações, sendo uma delas com uma bola de 0,30 Kg lançada com uma força de 100 N, um ângulo de lançamento de 45° e sem a resistência do ar e a outra com uma bola de 0,20 Kg lançada com uma força de 100 N, um ângulo de lançamento de 45° e com a resistência do ar. 
A avaliação foi iniciada com a bola de 200 g (massa aproximada de uma bola de beisebol) no canto inferior da área de experimentos presa a um êmbolo (com a função de lançá-la). Com o uso das ferramentas fornecidas pelo software foram realizadas as variações necessárias à análise. O experimento seguiu os seguintes procedimentos:
1 – Primeira fase, contou com quatro lançamentos com os ângulos 45°, 15°, 30° e 75° (opção Angle), objeto com massa de 0,20 kg, força aplicada de 100 N e sem resistência do ar. Foram comparadas as distâncias alcançadas (com registro de dados em Lab Book) – a bola é lançada com o botão Force; 
2 – Após a realização da primeira fase da avaliação foi realizada uma alteração no peso da bola (botão Objects, Mass) que passou de 0,20 kg para 0,30 Kg (com ângulo de 45°, 100 N de força e também sem resistência do ar). Foi avaliada a influência da massa do objeto no seu movimento. Todos os dados foram registrados no Lab Book.
3 – Na terceira fase do experimento buscou-se avaliar a influência da resistência do ar (botão Air Resistance) no lançamento de projéteis, de como essa força afeta o movimento, e para isso se utilizou a bola de 0,20 kg, com ângulo de 45°, 100 N de força. 
Na tabela 1, abaixo, constam os dados dos lançamentos e as distâncias percorridas.
Se a força da gravidade ou a resistência do ar não agissem sobre esses corpos muito provavelmente eles teriam a continuidade do movimento após lançados.
Tabela 1 – Dados lançamentos
	Ângulo
	Força (N)
	Massa da bola (Kg)
	Resist. Ar?
	Dist. Percorrida (m)
	45°
	100
	0,20
	Não
	63,392
	15°
	100
	0,20
	Não
	32,628
	30°
	100
	0,20
	Não
	55,049
	75°
	100
	0,20
	Não
	31,688
	45°
	100
	0,30
	Não
	28,277
	45°
	100
	0,20
	Sim
	41,397
Análise e Resultados
Com base na tabela de dados (tabela 1), é possível observar que o ângulo que proporcionou a maior distância foi o de 45° sem a resistência do ar. Como a velocidade do projétil deve ser decomposta em um componente horizontal e outro vertical, esse ângulo lançamento proporciona ao mesmo tempo altura e distância. Na tabela 2 constam os dados dos primeiros quatro lançamentos, sem a variação no peso ou resistência do ar.
Já para ângulos mais próximos de 90° ou 0° (caso dos ângulos 15° e 75°), o projétil alcançou uma distância horizontal semelhante (32,6 m e 31,7 m respectivamente). Com a decomposição do movimento, ângulos como esses ou fazem com que a parcela horizontal ou a vertical se sobreponham e a distância máxima horizontal não seja alcançada. No caso de 15° o projétil praticamente não ganhou altura, fazendo dessa forma com que a queda ocorresse mais rapidamente. Já para o ângulo de 75° a situação foi completamente diferente, o projétil ganhou muita altura em seu movimento (componente vertical da velocidade), de maneira que seu movimento na horizontal (componente horizontal da velocidade) foi desfavorecido.
A experimentação com a variação da massa da bola (de 0,20 Kg para 0,30 Kg) também demonstrou como esse fator afeta a distância percorrida no lançamento (que foi 55% menor em relação ao projétil com massa de 0,20 Kg, ou de 63,4 m para 28,3 m). A aceleração é maior para o objeto menor massa e isso faz com que percorra uma distância maior com a mesma força de lançamento. Na tabela 3 constam os dados dos dois últimos lançamentos, que variaram no peso e com a interferência da resistência do ar.
A resistência do ar também afeta significativamente o deslocamento dos objetos, no caso do projétil lançado, este teve uma distância reduzida em 35% (63,4 m para 41,4 m) em relação às mesmas condições desprezando este fator. Como a resistência do ar determina uma força oposta ao sentido do movimento de um corpo, isto fez com que o projétil tivesse um retardo no movimento. 
O gráfico 1, demonstra o comparativo dos movimentos dos lançamentos, suas distâncias e alturas.
Gráfico 1 – Comparativo dos movimentos dos lançamentos
Tabela 2 – Dados dos lançamentos (45°, 15°, 30° e 75°)
Tabela 3 - Dados dos lançamentos com variação no peso e resistência do ar (45°)
 
Conclusão
A maior distância alcançada foi o do projétil lançado a 45°, com menor peso e sem a resistência do ar. Isso ocorreu, pois este ângulo de lançamento proporciona uma melhor relação entre as velocidades horizontal e vertical (aceleração da gravidade) fazendo com que o projétil percorra a maior distância possível. Ângulos maiores fazem o projétil ganhar muita altura e em decorrência pouca distância horizontal e ângulos menores fazem com que o projétil atinja o solo mais rápido e tenha pouco tempo para percorrer uma maior distância horizontal.
Alterações no peso e resistência do ar também afetam diretamente o movimento, assim, objetos com maior massa e sofrendo a influência da resistência do ar tem um deslocamento menor pois sua velocidade é reduzida. 
Referências
GASPAR, Alberto, Física: Volume Único. São Paulo: Editora Ática (2001) 61- 62 p