Nesta aula de física para o Enem e vestibulares você terá respostas para todas estas perguntas e irá aprender tudo sobre queda livre e lançamento vertical. Compreenderá as leis que regem o lançamento de um objeto para cima e para baixo. Aprenderá também a diferenciar os gráficos de queda livre e lançamento vertical para cima e para baixo. Está pronto(a)? Então, vem com a gente revisar Física para mandar bem no Enem e nos vestibulares!
O que acontece com um objeto em queda livre? O ar que respiramos oferece resistência a um objeto em queda? Um objeto em queda, cai igual em todo planeta? Qual a relação entre o tamanho do planeta e a sua gravidade? Vamos começar dos conceitos básicos:
O que é queda livre?
Dizemos que estão em queda livre os corpos abandonados do repouso próximo a superfície de nosso planeta, deslocando-se verticalmente para baixo sob ação exclusiva da gravidade, desprezando totalmente a força de resistência do ar. Em situações reais, todo objeto que se move na atmosfera, tem seu movimento influenciado pelo ar em sua volta.
Durante a queda de um corpo, as moléculas do ar se chocam com ele, originando uma força que se opõe ao movimento e à aceleração com que ele se move. Essa força é denominada resistência do ar.
Tal força é muito importante nos cálculos de aerodinâmicas de aviões, carros de corrida, etc. Os praticantes de esportes aéreos, como parapente e os saltadores de paraquedas, dedicam especial atenção ao estudo do ar e do vento.
Não sei se você sabe, mas a velocidade de queda de quem salta de um paraquedas, ainda fechado, aumenta até chegar a um limite. Esse limite está em algo em torno de uns 200km/h.
Aceleração da gravidade
Em se tratando de queda livre, o módulo da velocidade aumenta desenvolvendo movimento acelerado. Essa aceleração que causa o aumento da velocidade é denominada aceleração da gravidade, e costuma ser indicada por g.
Consideramos a aceleração da gravidade constante em qualquer corpo quando abandonado em repouso nas proximidades da superfície terrestre. Dessa forma, o movimento de queda livre é considerado uniformemente variado.
A aceleração da gravidade na Terra vale aproximadamente 9,81m/s2. Quanto maior o planeta, maior será o valor da gravidade. Isso tem a ver com a massa e o raio do planeta. Só para você ter uma ideia, na Lua, que é menor em diâmetro e massa do que nosso planeta, a aceleração gravitacional é 1,6m/s2, cerca de seis vezes menor do que a nossa.
Como a queda livre é um movimento uniformemente variado, todas as funções que aprendemos até aqui são válidas. Mas, tenha especial atenção para a troca de alguns valores destas funções! Por exemplo, a velocidade inicial será zero, pois o corpo é abandonado do repouso e, no lugar da aceleração, colocaremos 9,8m/s2, pois agora será aceleração gravitacional. De resto, todas as funções e fórmulas são iguais!
Lançamento vertical
Temos duas situações de lançamento vertical. Por exemplo: de um balão, uma pessoa arremessa um corpo para baixo. Quando este corpo toca o solo, uma pessoa que lá se encontra arremessa-o para cima.
Nas duas situações a velocidade inicial não é zero, pois o mesmo recebe um impulso para que saia com velocidade. Em um lançamento vertical o valor da velocidade sempre será positivo, pois acompanha o sentido do movimento que o corpo desempenhará.
Além disso, nas duas situações citadas no exemplo a aceleração terá o mesmo valor, 9,8 m/s2. Isso porque a aceleração da gravidade sempre é a mesma para a Terra. Porém, fique atento (a) a um detalhe! No lançamento para baixo ela será positiva, enquanto no arremesso do solo, sentido para cima, ela será negativa.
Fica fácil entender esses sinais diferentes quando o relacionamos com a velocidade. Na descida, à medida que o corpo se aproxima do solo, a velocidade vai aumentando. Sendo assim, a aceleração tem que ser positiva, já que faz com que a velocidade aumente.
Mas, quando ele parte do solo, sua velocidade vai diminuindo até chegar numa altura que parará. Por essa razão, a aceleração tem que ser negativa, caso contrário sua velocidade iria aumentar indo para cima, o que não ocorre.
Gráficos para representar estes movimentos
Gráfico de queda livre
Vamos voltar ao exemplo do balão para pensarmos nos gráficos de movimento. Quando um objeto é solto de um balão, um momento antes de soltá-lo, a posição inicial dele é zero metros. Isso porque o referencial é lá em cima, dessa forma começamos a medir a distância percorrida por ele a partir de lá.
E como sua velocidade vai aumentando, passa a percorrer mais metros a cada segundo que passa. Observe como ficaria a representação gráfica da posição do objeto em queda livre:
Esse gráfico também representa o lançamento vertical para baixo, pois é o gráfico da posição do objeto. O fato de que sua trajetória de queda inicia com velocidade diferente de zero (devido a um impulso) não muda o gráfico.
Gráfico do lançamento vertical para cima
Quando um objeto é arremessado para cima, percorrendo trajetória vertical, nosso referencial é o solo. Portanto sua posição inicial também é zero metros. Sabemos que o objeto parte do solo com velocidade e vai diminuindo até parar devido à aceleração da gravidade ser contrária.
Uma vez parando, ele começa sua queda com velocidade inicial zero. Porém, vai aumentando devido a aceleração agora estar no mesmo sentido da velocidade. Observe como seria a representação gráfica da posição do objeto em lançamento vertical para cima:
Neste gráfico podemos observar que:
- De 0 a 1 segundo, ele percorre distância maior do que 1 a 2 e 2 a 3, isso porque partiu com velocidade e esta foi diminuindo;
- Como esse é o gráfico da posição, no instante 3s ele para de subir e começa a descer;
- De 5 a 6 segundos, ele percorre distância maior do que 3 a 4 ou 4 a 5, isso porque a medida que se se aproxima do solo, fica mais rápido;
- Leva 3 segundos para atingir a altura máxima e os mesmos 3 segundos para voltar ao solo. Isso sempre acontece! Se um corpo qualquer é arremessado para o alto verticalmente e leva 6 segundos para subir, irá levar os mesmos 6 segundos para descer.
Para aprender um pouco mais sobre queda livre e lançamento vertical, veja esta videoaula:
Agora, para finalizar sua revisão sobre queda livre e lançamento vertical, que tal testar seus conhecimentos resolvendo exercícios?
Questão 01 – (UEG GO/2017)
Para verificar a altura de um edifício dois estudantes deixam cair um objeto. O tempo de queda foi de 2,0 segundos. Ao desconsiderar a resistência do ar, eles concluíram que a altura do edifício, em metros, era de
a) 20
b) 40
c) 10
d) 14
e) 24
Gab: A
Questão 02 – (FCM MG/2017)
Um professor de Física realizou a seguinte demonstração experimental para seus alunos. I) Tomou dois pedaços de papel idênticos; II) Amassou um deles e deixou ambos caírem, da mesma altura e no mesmo instante, verificando que o papel amassado chegou primeiro ao solo; III) Repetiu o experimento anterior, mas dessa vez colocou o papel quadrado sobre um livro, deixando cair os dois objetos verificando que ambos chegaram juntos ao solo.
Por meio desse experimento, constata-se que:
a) Objetos mais densos caem mais rapidamente, desde que consideremos a resistência do ar.
b) A força gravitacional é maior nos objetos mais densos, mesmo sem considerar a resistência do ar.
c) A massa dos objetos não influencia nas suas acelerações de queda, independente da resistência do ar.
d) Objetos de formas diferentes e de mesma massa caem com a mesma aceleração, desprezando a resistência do ar.
Gab: D
Questão 03 – (UNESP/2017)
No período de estiagem, uma pequena pedra foi abandonada, a partir do repouso, do alto de uma ponte sobre uma represa e verificou-se que demorou 2,0 s para atingir a superfície da água. Após um período de chuvas, outra pedra idêntica foi abandonada do mesmo local, também a partir do repouso e, desta vez, a pedra demorou 1,6 s para atingir a superfície da água.
Considerando a aceleração gravitacional igual a 10 m/s2 e desprezando a existência de correntes de ar e a sua resistência, é correto afirmar que, entre as duas medidas, o nível da água da represa elevou-se
a) 5,4 m.
b) 7,2 m.
c) 1,2 m.
d) 0,8 m.
e) 4,6 m.
Gab: B
Sobre o(a) autor(a):
Rodinei Pachani é mestre em Geofísica pela USP-SP, com licenciatura plena em matemática, possui pós-graduação em Gerência Financeira e especialização em Estatística Aplicada. Possui experiência de mais de 28 anos em sala de aula, tendo trabalhado com ensino médio, cursinhos e Faculdades. É autor do livro “Ciência ao alcance de todos” e possui um canal no YouTube onde realiza experimentos, explica conteúdos e resolve exercícios de física.