Queda livre e queda com resistência do ar
FísicaCinemáticaIdades 15–16Laboratório virtual
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Dois corpos de massas e seções transversais diferentes são soltos juntos da mesma altura. Sem resistência do ar, os dois chegam ao chão ao mesmo tempo, v = gt. Com resistência do ar, o corpo mais leve e com mais arrasto atinge a velocidade terminal e cai mais devagar. O gráfico v(t) e a distância percorrida se atualizam em tempo real. Uma tela Laboratório mede g com um eletroímã e sensores ópticos (a inclinação de 2h em função de t² é g) e ajusta dados v(t) de filtros de café com modelos de arrasto linear (bv) e quadrático (cv²).
Aula: Queda livre
O que mostra
Sem ar, todos os corpos caem com a mesma aceleração g, qualquer que seja a massa, de modo que v = gt e o tempo de queda t = √(2h/g) é igual para um corpo pesado e um leve. No ar, o arrasto se opõe ao movimento; a esfera mais leve tem maior razão área/massa, atinge uma velocidade terminal menor e chega depois. A tela Laboratório transforma isso em práticas: cronometrar uma bola de aço de um eletroímã até um sensor óptico em várias alturas dá g como inclinação de 2h em função de t², e soltar filtros de café empilhados mostra se os dados seguem F = bv ou F = cv².
Como usar
Desligue Ativar resistência do ar, clique em Soltar de novo e compare os tempos de chegada e as retas v(t) do corpo 1 e do corpo 2; depois ligue-a e repita. Na tela Laboratório, escolha g com sensores ópticos, ajuste Altura de queda h, clique em Desligar eletroímã três vezes em cada altura e leia g no gráfico. Ou escolha Arrasto em filtros de café, solte de 1 a 8 filtros, clique em Registrar a cada queda e compare os gráficos em função de m.
Parâmetros que você pode mudar
- Altura de queda 5–120 m
- Aceleração da gravidade 1,6–11 m/s²
- Massa do corpo 1 0,05–10 kg
- Massa do corpo 2 0,05–10 kg
- Ativar resistência do ar
- Tela Soltar dois corpos, Laboratório
- Experimento (tela Laboratório) Medir g com sensores ópticos, Arrasto em filtros de café
- Altura de queda até o sensor óptico h (Laboratório) 0,1–1,5 m
- Número de filtros de café empilhados n (Laboratório) 1–8
Perguntas para explorar
- Por que uma pena e uma bola de aço caem com a mesma rapidez no vácuo?
- Quando um corpo atinge a velocidade terminal, qual é a relação entre a força de arrasto e o peso?
- Se a altura de queda for quatro vezes maior, quantas vezes mais dura a queda livre?
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