Queda Livre

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UNIVERSIDADE CATÓLICA DO SALVADOR – UCSAL
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS
BACHARELADO EM ENGENHARIA CIVIL
FÍSICA EXPERIMENTAL I
MATUTINO
Maisa Guedes Amorim Santos
Determinação do valor da aceleração da gravidade (“g”) 
através do movimento em queda livre
(Experimento 3)
Salvador
2021
1 INTRODUÇÃO
O objetivo principal do relatório é estudar o movimento de objetos em queda livre por meio de uma série de equipamentos adequados para esse fim. O valor de aceleração g é determinado pelo aumento da velocidade em queda livre. Isso resulta em resultados consistentes e repetíveis com precisão extremamente alta. Este experimento resolve o problema de erros experimentais geralmente encontrados nas montagens mais comumente usadas. Além disso, várias análises de deslocamento podem ser utilizadas para determinar o valor da aceleração gravitacional local. Este relatório irá estabelecer uma ligação entre o conteúdo da matéria de Física Teórica I e um vídeo de um curso.
“O lançamento vertical é um movimento unidimensional no qual se desconsidera o atrito com o ar. Esse tipo de movimento ocorre quando um corpo é lançado na direção vertical e para cima”. (Rafael Helerbrock, 2017) Portanto, a função de controle de lançamento vertical é igual à função de movimento uniforme e a inspeção é realizada com a referência vertical (h). Antes ele é horizontal (s) e tem uma posição de aceleração gravitacional (g). Onde g é positivo ou negativo, dependendo da direção do movimento.
Queda livre é um movimento uniformemente acelerado que consiste na queda de corpos apenas sob a ação da aceleração gravitacional. Isto é, nesse tipo de movimento, a resistência do ar e outras dissipações de energia não são consideradas. Além disso, um corpo em queda aumenta sua velocidade até atingir o solo. O movimento de queda sem atrito não depende da massa ou do tamanho do objeto. Assim, objetos com massas diferentes caem ao mesmo tempo. Porém, esse fenômeno é uma idealização de um movimento.  (Hugo Shigueo Tanaka, 2018)
Conta a lenda que Galileu reuniu algumas pessoas de renome e levou-as a uma torre. Subindo ao alto da torre, Galileu tomou duas esferas de pesos diferentes e abandonou-as 1 juntas daquela altura para que caíssem. Esperava-se que o corpo mais pesado caísse mais rapidamente que o corpo mais leve, como havia previsto o filósofo Aristóteles, alguns séculos antes. Para o espanto de Galileu, os dois corpos atingiram o chão juntos. Galileu concluiu que se um corpo pesado e um corpo leve forem abandonados juntos de uma mesma altura, eles cairão juntos, chegando ao mesmo tempo no chão. (Prof. Petrônio Lobato de Freitas, 2000)
Ao iniciar o experimento, o dispositivo eletrônico desliga, a esfera cai e o cronômetro começa a acertar o tempo. Quando a esfera passar pelo primeiro sensor, o cronômetro irá parar de medir o tempo. Os dados do cronômetro serão o tempo que a esfera levou para cair da altura inicial de 20 cm, e o tempo que levou para cair desses 20 cm. Depois disso, o experimento será repetido em tempos diferentes, portanto, para altitudes maiores, ele produzirá resultados maiores no cronômetro. Eles serão repetidos em alturas de 30, 40, 50 e 60 cm.
Os materiais utilizados no experimento são:
· 1 régua vertical
· 1 cronômetro
· 1 chave
· 1 eletroíma
· 1 esfera metálica
· 2 sensores
2 RESULTADOS E ANÁLISES
Figura 1 Vídeo USP– Experimento 10: Força de Atrito)
Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=MBzjP2gS6Y8
Iniciado o experimento, o aparelho eletrônico é desligado, a esfera cai e o cronômetro começa a acertar o tempo. Quando a esfera passar pelo primeiro sensor, o cronômetro irá parar de medir o tempo. Os dados do cronômetro serão o tempo que a esfera levou para cair da altura inicial e o tempo que levou para cair. Logo em seguida, o experimento será repetido em momentos diferentes, portanto, para altitudes mais elevadas, ele produzirá maiores resultados no cronômetro.
Figura 2 Vídeo USP– Experimento 10: Força de Atrito)
Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=MBzjP2gS6Y8
Figura 3 Vídeo USP– Experimento 10: Força de Atrito)
Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=MBzjP2gS6Y8
A uma altura de 20 cm, o tempo de cronometragem é 0,202s, e a uma altura de 30 cm, o tempo de cronometragem é 0,249s. 40 cm é 0,288s, 50 cm é 0,322s e os últimos 60 cm são 0,352s.
 Para calcular o deslocamento em função do tempo, usamos: S = So + v.t. Neste caso, a posição inicial é zero. Temos: S = v.t. Para calcular a velocidade em função do tempo, recomenda-se usar a fórmula da velocidade média v = ΔS / Δt. Para a gravidade em função do tempo, temos: S = So + vo.t + g.t² / 2, então a velocidade inicial também é zero, então S = g.t², g = 2S / t².
Tabela 1 – Quadro resumo da aceleração da gravidade.
	Nº
	So(m)
	S(m)
	ΔS(m)
	t(s)
	v(m/s)
	g(m/s²)
	1
	0
	0,200
	0,200
	0,202
	0,990
	9,803
	2
	0
	0,300
	0,300
	0,249
	1,205
	9,677
	3
	0
	0,400
	0,400
	0,288
	1,389
	9,645
	4
	0
	0,500
	0,500
	0,322
	1,553
	9,645
	5
	0
	0,600
	0,600
	0,352
	1,704
	9,685
Fonte: Autor
Gráfico 1 – Representação das variações de Posição x Tempo.
Fonte: Autor
Tabela 2 – Quadro resumo de valores de erros percentuais relativos.
	Nº
	g(m/s²)
	Desvio relativo (%)
	1
	9,803
	0,201
	2
	9,677
	-1,086
	3
	9,645
	-1,414
	4
	9,645
	-1,414
	5
	9,685
	-1,005
Fonte: Autor
3 PESQUISA
a) Indico o vídeo Queda livre e lançamento horizontal para melhor entendimento sobre os assuntos. Link: https://www.youtube.com/watch?v=GiNBnbOAp88.
Figura 5 – Queda livre e lançamento horizontal [2:07]
Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=GiNBnbOAp88
No início do vídeo, os alunos explicaram que se trata de um aparelho de queda livre muito simples e, começam a apresentar os materiais que usarão, que são eles: uma régua de 30 cm e duas moedas iguais.
Figura 6 – Queda livre e lançamento horizontal [2:07]
Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=GiNBnbOAp88
Ao desenvolver o vídeo, eles pressionaram metade da régua na mesa e a outra metade para fora de forma que a parte na mesa formou um ângulo menor que 90 °. Coloque a moeda na mesa e a outra entre as pontas livres da régua. Ao sacudir a régua, duas moedas cairão, mas suas trajetórias serão diferentes. O tempo para a queda da moeda será o mesmo.
Figura 7 – Queda livre e lançamento horizontal [2:07]
Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=GiNBnbOAp88
Por fim, eles sugerem que, se você tiver um aluno com deficiência visual, experimente, mas continue. Declarando que os tempos de queda são iguais.
b) Os pontos fortes do vídeo foram a explicação da queda, os materiais simples usados ​​e a capacidade do deficiente visual de considerar as quedas. O ponto fraco é a falta de informações sobre altura.
c) O vídeo indicado pode ser realizado em casa pelos materiais simples e fáceis de achar.
4 CONSIDERAÇÕES FINAIS
O relatório explicava claramente o conceito de queda livre, o que trouxe o conceito de movimento linear uniforme. Os gráficos podem converter razoavelmente o movimento de queda livre necessário, então pequenos erros ou desvios de valores são anotados. Isso é verdadeiro mesmo ao comparar os gráficos (velocidade x tempo) e (espaço x tempo) no gráfico de linha do gráfico. As causas desses erros podem ser simples erros de calibração do cronógrafo, baixo nivelamento do equipamento, resistência do ar e uma série de outros fatores. Num bom exemplo, conseguimos obter uma equação exponencial com um valor de 'g' próximo do valor ideal, mas para a construção do gráfico (velocidade x tempo) e (espaço x tempo²), surgiram algumas distorções. O relatório trouxe uma dinâmica mais ampla e interessante. Para aprimorar tal experimento teríamos que focar em aulas de desenvolvimento de queda livre e rever os erros.
REFERÊNCIAS
HELERBROK, Rafael. “Lançamento Vertical”. Disponível em: https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/lancamento-vertical-para-cima.htm > Acesso em 03 de Abril de 2021.
TANAKA, Hugo Shigueo. “Queda livre”. Disponível em: https://www.todoestudo.com.br/fisica/queda-livre . Acesso em: 03 de Abril de 2021
DE FREITAS, Prof. Petrônio Lobato. “Movimentode queda livre”. Disponível em: file:///C:/Users/Maisa/Downloads/Apostila%20de%20Fsica%20(1).pdf . Acesso em: 04 de Abril de 2021.
HELERBROCK, Rafael. "Movimento uniformemente variado". Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/movimento-uniformemente-variado.htm . Acesso em 08 de abril de 2021.
HELERBROCK, Rafael. "Deslocamento e espaço percorrido". Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/deslocamento-e-espaco-percorrido.htm . Acesso em 08 de abril de 2021.
Posição x Tempo
0.20200000000000001	0.249	0.28799999999999998	0.32	200000000000001	0.35199999999999998	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6	Tempo (s)
Posição (m)