EXPERIMENTO_1_-_QUEDA_LIVRE_1

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EXPERIMENTO 1 - QUEDA LIVRE
1. Objetivos
Estudar o movimento de queda de objetos e determinar o módulo da aceleração da
gravidade.
2. Metodologia
Um objeto, abandonado a partir do repouso, a uma altura acima de uma superfície,ℎ
realizará um movimento retilíneo em direção à superfície da Terra. Desprezando qualquer
atrito entre o objeto e o ar do ambiente em que este se move, podemos considerar que a
única força que atua sobre o corpo durante este movimento é a força de atração
gravitacional, de módulo constante e orientada para o centro da Terra. Portanto, este estará
sob a ação de uma aceleração de módulo constante g.
Figura 1 - Esfera em queda livre a partir de uma altura h
Matematicamente, podemos analisar este movimento a partir das definições de aceleração
e velocidade. Considerando o movimento retilíneo de um objeto com aceleração constante
g, chega-se à seguinte relação entre a distância percorrida h e o tempo t:
ℎ = 12 𝑔𝑡²
Um filme que mostra dois objetos em queda livre está em
https://www.youtube.com/watch?v=E43-CfukEgs e vale ser visto. Assista-o agora para
prosseguir com a atividade.
Apesar de bela a filmagem, ela não nos permite determinar o tipo do movimento – se
uniforme, acelerado ou uniformemente acelerado - pois faltam marcações de posições e
tempo para isso. Galileu Galilei previu que, sem resistência do ar, o movimento seria
uniformemente acelerado.
https://www.youtube.com/watch?v=E43-CfukEgs
Podemos determinar o valor da aceleração de queda (quase livre) de um objeto se
utilizarmos nosso aparelho celular e o aplicativo Phyphox.1
3. Aparelho celular e aplicativo
Nosso aparelho celular tem internamente sensores que nos permite efetuar diversas
medidas. Aplicativos de Física para aparelhos celulares, como o Phyphox (veja em sua loja
de aplicativos – ele é grátis) nos ajudam a melhor utilizar estes recursos. Instale-o em seu
aparelho para prosseguirmos com a atividade.
É interessante assistir antes ao vídeo https://youtu.be/zRGh9_a1J7s. É possível colocar
legenda em espanhol.
Utilizaremos a função cronômetro acústico do Phyphox (Figura 2). Esta função permite
ligar/desligar o cronômetro utilizando o som ambiente. Portanto, uma condição para bons
resultados é que o local onde você fará o experimento seja silencioso. Caso contrário o
cronômetro será acionado por um som externo.
Figura 2 - Imagem do aplicativo Phyphox para o cronômetro acústico
É possível ajustar a sensibilidade do cronômetro para diminuir o efeito de sons externos. No
ajuste THRESHOLD (LIMITE) você pode aumentar ou diminuir a sensibilidade do
microfone. Já o ajuste do MINIMUM DELAY (ATRASO MÍNIMO) é o tempo mínimo no qual
o cronômetro parará depois de acionado. Ele deve sempre ter valor menor que o tempo que
você deseja medir. Na dúvida, deixe ele com o valor que está.
1 Referência: https://phyphox.org/experiment/free-fall-2/
https://youtu.be/zRGh9_a1J7s
https://phyphox.org/experiment/free-fall-2/
Figura 3 - Ajustes do cronômetro acústico
4. Material
O objetivo do experimento é medir o intervalo de tempo de queda de um objeto, cuja altura
de queda é conhecida. Utilizaremos para isso, além do cronômetro acústico acima
mencionado, uma escala de comprimento (régua, trena, fita métrica), um corpo de prova
(pode ser uma bolinha de gude, moeda ou outro objeto metálico) e um suporte adequado
para liberação do corpo de prova e ativação do cronômetro (por exemplo, uma régua de
metal e uma caneta, como na Figura 4).
Figura 4 - Aqui usou-se uma régua como suporte e a batida na régua para ativar o cronômetro acústico
Como o cronômetro acústico é iniciado e interrompido por sinais sonoros, deve-se ter o
cuidado de detalhar, inclusive por meio de fotos, os materiais utilizados e a montagem
experimental elaborada, para o enriquecimento do seu relatório.
5. Procedimentos
O objeto deverá ser lançado verticalmente, com velocidade inicial vertical nula (liberado do
repouso), a partir de valores de altura pré-estabelecidos. O procedimento deverá ser
repetido 5 vezes por altura, no mínimo, para a obtenção do valor médio e da incerteza dos
tempos medidos, de acordo com a Tabela 1. Caso não consiga alturas com os valores
exatos da tabela, procure obter valores próximos a eles, por exemplo, 55 cm, 65 cm e 110
cm.
Tabela 1: Valores sugeridos para a realização do experimento.
h1 = 0,700 m h2 = 1,000 m h3 = 1,500 m h4 = 1,700 m h5 = 2,000 m
medida 1 (s)
medida 2 (s)
medida 3 (s)
medida 4 (s)
medida 5 (s)
Valor médio (s)
Faça um gráfico da altura em função do tempo de queda e verifique seu caráter nãoℎ 𝑡
linear. Utilize o programa SciDavis.
Utilize um processo de linearização e, a partir de uma regressão linear, determine o módulo
da aceleração da gravidade local e sua incerteza.
Faça, agora, um ajuste não linear (no caso, um polinômio de grau 2). A partir dos
parâmetros do ajuste, determine com sua incerteza.𝑔
Compare os valores obtidos e discuta eventuais diferenças entre os métodos de análise
empregados. Como o objeto cairá de pequenas alturas, como deve-se considerar a
resistência do ar?