Queda livre: medimos a aceleração da gravidade

OBJETIVO DA EXPERIÊNCIA

O principal objetivo desta atividade consiste em registar o movimento de queda livre de um corpo e medir a sua aceleração.

MATERIAIS NECESSÁRIOS

• Fita adesiva
• Fita de papel
• 2 Cabos de ligação 1000 R
• Cronovibrador
• Fonte de alimentação
• Ganchos
• Conjunto de pesos
• 2 nozes duplas
• Papel milimetrado
• Porta-pesos
• Parafuso de mesa
• Triplo decímetro
• Vareta de 250 mm
• Vareta de suporte

FUNDAMENTOS TEÓRICOS

Quando uma força atua sobre um corpo, este desloca-se com um movimento uniformemente acelerado conforme a equação:

Um corpo, abandonado livremente, está submetido à força de atração gravitacional (peso) e por conseguinte, cai com uma aceleração que se pode supor constante para pequenas alturas. A altura de onde cai um corpo e o tempo que demora a chegar ao solo estão relacionados pela expressão:

onde g é a aceleração da gravidade (g =9,81mls2).

INSTRUÇÕES PARA REALIZAR A EXPERIÊNCIA

Realiza a montagem da figura 1. O crono vibrador fica seguro lateralmente na vareta suporte mediante uma noz e liga-se à fonte de alimentação de corrente alterna de 50 Hz.

Corta um pedaço da fita de papel de 60 cm de comprimento aproximadamente e pendura em uma das extremidades o porta pesos com um peso de 100 gramas. A fita passa pelas guias do crono vibrador e a extremidade livre segura-se firmemente com a mão. A fita deve deslizar suavemente pelo crono vibrador.

É conveniente colocar no solo algum objeto macio que amortize a queda do peso (um pedaço de esponja, por exemplo).

Põe o crono vibrador a trabalhar e deixa que funcione um par de segundos mais antes de soltar a fita.

Repete a experiência colocando 150 gramas no porta pesos. Anota em cada fita o valor dos pesos que colocas.

Enumera correlativamente as marcas obtidas em cada fita e mede as distâncias das 10 primeras marcas aos respetivos pontos de partida.

O tempo decorrido entre duas marcas consecutivas é constante, e vem determinado pela frequência da rede. O seu valor é de 0.02 segundos.

Cria, para cada fita um quadro como o seguinte:

Para calcular las velocidades em cada ponto Q, toma-se como intervalo de medição a distância compreendida entre o ponto anterior ao Q e o seguinte a este. O intervalo de tempo é o dobro, ou seja, 0.04 segundos. Por exemplo, para calcular a velocidade no ponto 4 seria feito assim:

Desenha em papel milimetrado os gráficos distância - tempo, distância - tempo² e velocidade-tempo. Observa que o primeiro é uma curva (parábola), mientras que las otras son sensibles rectas.

A aceleração da gravidade pode calcular-se indistintamente a partir das pendentes de ambas as retas: no gráfico distância - tempo², a pendente é igual a 1/2 g. Por conseguinte:

No gráfico velocidade-tempo, a aceleração da gravidade é igual à pendente. Ou seja:

Calcula a aceleração da gravidade a partir dos gráficos anteriores e compara-a com o valor que aparece nos livros.