🧲 Física · 11.º ano · Atividades Laboratoriais

AL 1.1 │ Queda livre: força gravítica e aceleração da gravidade

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📝 11 questões, da mais fácil à mais difícil

3 fáceis4 médias4 difíceis

Tenta responder a cada questão antes de abrir a Resolução.

🟢 Nível fácil

1Fácil

Numa atividade de queda livre, um grupo usou uma medalha de 168,0 g e 152,8 mm de diâmetro e um berlinde de 66,0 g e 40,0 mm de diâmetro. As incertezas de leitura dos instrumentos estão na tabela.

InstrumentoIncerteza de leitura
Balança± 0,1 g
Craveira± 0,1 mm

Escreve o diâmetro e a massa de cada corpo, com a respetiva incerteza de leitura.

Resolução

🔹 mmedalha = (168,0 ± 0,1) g · dmedalha = (152,8 ± 0,1) mm

🔹 mberlinde = (66,0 ± 0,1) g · dberlinde = (40,0 ± 0,1) mm

2Fácil

Uma esfera foi largada imediatamente acima da célula fotoelétrica 1. Em três ensaios, os alunos mediram o tempo que a esfera demorou a ir da célula 1 à célula 2, Δt1→2, e o tempo de passagem em frente da célula 2, Δt2.

EnsaioΔt1→2 / sΔt2 / ms
10,38211,42
20,36810,38
30,35611,33

2.1. Apresenta o resultado da medição de Δt1→2, com a respetiva incerteza absoluta.

2.2. Qual é o resultado da medição de Δt2, com a respetiva incerteza relativa?

(A) 11,04 ms ± 5,98 %

(B) 11,04 ms ± 6,0 %

(C) 11,04 ms ± 0,60 %

(D) 11,04 ms ± 0,6 %

Resolução

2.1.

🔹 Valor mais provável (média): Δt1→2 = (0,382 + 0,368 + 0,356) / 3 = 0,369 s.

🔹 Desvios: |0,369 − 0,382| = 0,013 s; |0,369 − 0,368| = 0,001 s; |0,369 − 0,356| = 0,013 s. A incerteza absoluta é o maior desvio.

🔹 Δt1→2 = (0,369 ± 0,013) s

2.2.

✔ Opção (B)

🔹 Média: Δt2 = (11,42 + 10,38 + 11,33) / 3 = 11,04 ms.

🔹 Desvios: 0,38 ms; 0,66 ms; 0,29 ms. Incerteza absoluta: 0,66 ms.

🔹 Incerteza relativa: 0,66 / 11,04 × 100 = 6,0 % (apresenta-se com dois algarismos significativos, tal como a incerteza absoluta).

3Fácil

Para calcular a aceleração da gravidade, um grupo realizou três ensaios nas mesmas condições.

Ensaiog / m s−2
19,85
210,18
39,78

Apresenta o resultado da medição de g, com o valor mais provável e a incerteza absoluta.

Resolução

🔹 Valor mais provável: g = (9,85 + 10,18 + 9,78) / 3 = 9,94 m s−2.

🔹 Desvios: |9,94 − 9,85| = 0,09; |9,94 − 10,18| = 0,24; |9,94 − 9,78| = 0,16 (m s−2).

🔹 g = (9,94 ± 0,24) m s−2

🟠 Nível médio

4Médio

Para calcular a aceleração da gravidade, um grupo realizou dois ensaios nas mesmas condições: obteve 9,52 m s−2 e 10,32 m s−2. Determina o valor mais provável de g e o erro percentual a ele associado. Dado: gref = 9,80 m s−2.

Resolução

🔹 Valor mais provável: g = (9,52 + 10,32) / 2 = 9,92 m s−2.

erro (%) = |gexp − gref| / gref × 100 = |9,92 − 9,80| / 9,80 × 100 = 1,2 %

5Médio

Numa atividade de queda livre, um grupo usou uma esfera de 8,0 g e 20,0 mm de diâmetro. Os resultados estão na tabela (Δt1 e Δt2: tempos de passagem nas células 1 e 2; Δtt: tempo de queda entre as células).

Δt1 / msΔt2 / msΔtt / ms
13,8206,395169,312
13,6436,202171,297
13,7026,618168,731
13,5856,241175,080
13,4386,160172,445

5.1. Determina o valor experimental da aceleração da gravidade.

5.2. Determina o erro percentual a ele associado. Dado: gref = 9,80 m s−2.

Resolução

5.1.

🔹 Médias: Δt1 = 13,638 ms; Δt2 = 6,323 ms; Δtt = 171,373 ms.

v1 = d / Δt1 = 20,0 × 10−3 / 13,638 × 10−3 = 1,466 m s−1

v2 = d / Δt2 = 20,0 × 10−3 / 6,323 × 10−3 = 3,163 m s−1

g = Δv / Δtt = (3,163 − 1,466) / 171,373 × 10−3 = 9,90 m s−2

5.2.

erro (%) = |9,90 − 9,80| / 9,80 × 100 = 1,0 %

6Médio

Repetiu-se a experiência com um berlinde de 26,0 g e 28,0 mm de diâmetro.

Δt1 / msΔt2 / msΔtt / ms
33,8208,395269,312
33,6438,202271,297
33,7028,618268,731
33,5857,241275,080
33,4388,160272,445

6.1. Determina o valor experimental da aceleração da gravidade.

6.2. Determina o erro percentual a ele associado. Dado: gref = 9,80 m s−2.

Resolução

6.1.

🔹 Médias: Δt1 = 33,638 ms; Δt2 = 8,123 ms; Δtt = 271,373 ms.

v1 = 28,0 × 10−3 / 33,638 × 10−3 = 0,832 m s−1 · v2 = 28,0 × 10−3 / 8,123 × 10−3 = 3,447 m s−1

g = (3,447 − 0,832) / 271,373 × 10−3 = 9,64 m s−2

6.2.

erro (%) = |9,64 − 9,80| / 9,80 × 100 = 1,6 %

🔹 Nota: o erro relativo calcula-se sempre em relação ao valor de referência (9,80 m s−2), não em relação ao valor experimental.

7Médio

Para determinar a aceleração de queda de uma pequena esfera de diâmetro 18,85 mm, um grupo usou duas células fotoelétricas ligadas a um cronómetro digital (Δt1 e Δt2: tempos de passagem nas células; Δt: tempo de queda entre elas).

Δt1 / sΔt2 / sΔt / s
0,02850,00690,2197
0,03050,00630,2138
0,03180,00710,2161

7.1. Apresenta o resultado da medição de Δt, com a incerteza absoluta e com a incerteza relativa, em percentagem.

7.2. Calcula o módulo da velocidade da esfera em cada uma das células.

7.3. Determina o valor experimental do módulo da aceleração da esfera.

7.4. Analisa a exatidão do resultado, calculando o erro relativo, em percentagem. Dado: gref = 9,80 m s−2.

Resolução

7.1.

🔹 Média: Δt = (0,2197 + 0,2138 + 0,2161) / 3 = 0,2165 s.

🔹 Desvios: 0,0032 s; 0,0027 s; 0,0004 s. Incerteza absoluta: 0,0032 s.

🔹 Δt = (0,2165 ± 0,0032) s ou Δt = 0,2165 s ± 1,5 % (0,0032 / 0,2165 × 100 = 1,5 %).

7.2.

🔹 O tempo de passagem é muito pequeno: a velocidade pode considerar-se constante nesse intervalo e igual à velocidade média.

🔹 Médias: Δt1 = 0,03027 s e Δt2 = 0,00677 s.

v1 = 18,85 × 10−3 / 0,03027 = 0,623 m s−1 · v2 = 18,85 × 10−3 / 0,00677 = 2,79 m s−1

7.3.

g = (v2 − v1) / Δt = (2,79 − 0,623) / 0,2165 = 9,99 m s−2

7.4.

erro (%) = |9,99 − 9,80| / 9,80 × 100 = 1,9 %

🔹 O erro é pequeno (inferior a 5 %): o resultado é bastante exato.

🔴 Nível difícil

8Difícil

Obteve-se um valor experimental de g com um erro de 6,50 %, por excesso. O tempo médio de passagem pela célula B foi 9,89 ms e o tempo médio de queda de A até B foi 278 ms (a esfera partiu do repouso em A). Determina o diâmetro da esfera. Dado: gref = 9,80 m s−2.

Resolução

🔹 Erro por excesso de 6,50 %: gexp = 9,80 × 1,0650 = 10,44 m s−2.

🔹 Como vA = 0: vB = gexp × Δtqueda = 10,44 × 0,278 = 2,902 m s−1.

D = vB × ΔtB = 2,902 × 9,89 × 10−3 = 2,87 × 10−2 m = 2,87 cm

9Difícil

📄 Adaptado de: Exame Nacional de Física e Química A – 2010, 2.ª fase

Para investigar se a aceleração da gravidade depende da massa dos corpos e da altura de queda, um grupo usou duas células fotoelétricas, X e Y, ligadas a um cronómetro digital, e várias esferas do mesmo material, com diâmetros diferentes. Cada esfera foi largada imediatamente acima da célula X (vX = 0). Mediram o diâmetro, d, e os tempos Δtqueda (de X até Y) e ΔtY (passagem em frente de Y).

9.1. Para uma esfera, obtiveram d = 2,540 cm e ΔtY = 10,9 ms. Explica por que se pode usar vY = d / ΔtY, uma expressão do movimento uniforme.

9.2. Em três ensaios, obtiveram Δtqueda = 0,2332 s; 0,2338 s e 0,2341 s. Calcula o valor experimental de g.

9.3. Com esferas de massas diferentes e alturas de queda diferentes, obtiveram os valores de g da tabela. A partir destes resultados, conclui-se que g ______ da massa e ______ da altura de queda.

massa m1massa m2massa m3
altura h19,799,839,78
altura h29,829,779,81

(A) depende … depende

(B) depende … não depende

(C) não depende … depende

(D) não depende … não depende

Resolução

9.1.

🔹 O diâmetro da esfera e o tempo de passagem são muito pequenos: nesse intervalo, a velocidade da esfera é praticamente constante.

9.2.

🔹 vY = 2,540 × 10−2 / 10,9 × 10−3 = 2,330 m s−1.

🔹 Δtqueda mais provável: (0,2332 + 0,2338 + 0,2341) / 3 = 0,2337 s.

g = (vY − vX) / Δtqueda = (2,330 − 0) / 0,2337 = 9,97 m s−2

9.3.

✔ Opção (D)

🔹 Para massas e alturas diferentes, os valores de g são praticamente iguais.

10Difícil

📄 Adaptado de: Teste Intermédio de Física e Química A – 2013

Uma pequena bola, colocada por baixo de um sensor de movimento, é largada no instante t = 0 s e cai 1,20 m até ao solo. Num eixo Oy vertical, com origem no sensor e sentido positivo para baixo, a posição da bola é dada por y = 0,30 + 4,9 t2 (SI).

10.1. Determina as coordenadas dos pontos do gráfico y(t) que correspondem ao instante em que a bola é largada e ao instante em que chega ao solo.

10.2. Que distância percorreu a bola até ao instante t = 0,40 s?

(A) 0,98 m

(B) 0,78 m

(C) 0,64 m

(D) 0,39 m

10.3. Explica por que se pode admitir que a resistência do ar não influenciou o movimento da bola.

Resolução

10.1.

🔹 Para t = 0 s: y0 = 0,30 m → ponto (0 s; 0,30 m).

🔹 Ao chegar ao solo: y = 0,30 + 1,20 = 1,50 m; 1,50 = 0,30 + 4,9 t2 ⇔ t = 0,49 s → ponto (0,49 s; 1,50 m).

🔹 O gráfico é um ramo de parábola, com a concavidade voltada para cima, entre estes dois pontos.

10.2.

✔ Opção (B)

🔹 d = |y − y0| = 4,9 × 0,402 = 0,78 m.

10.3.

🔹 Comparando com y = y0 + ½ a t2: ½ a = 4,9 m s−2, logo a = 9,8 m s−2 = g.

🔹 Se a aceleração é igual a g, a resultante das forças é igual à força gravítica (FR = m a = m g): a resistência do ar é desprezável.

11Difícil

📄 Adaptado de: Exame Nacional de Física e Química A – 2017, 1.ª fase

Na determinação de g, largou-se uma esfera sempre da mesma posição, imediatamente acima da célula A, e mediu-se o tempo de queda de A até B, tA→B, e o tempo de passagem em frente de B, tB.

11.1. Em quatro ensaios obtiveram-se tB = 7,52 ms; 7,47 ms; 7,55 ms e 7,50 ms. Qual é o resultado da medição de tB?

(A) tB = (7,51 ± 0,01) ms

(B) tB = (7,51 ± 0,02) ms

(C) tB = (7,51 ± 0,04) ms

(D) tB = (7,51 ± 0,08) ms

11.2. Dividindo o diâmetro da esfera por tB, obtém-se um valor aproximado de vB. Que aproximação se faz?

11.3. Se a esfera interromper o feixe por uma dimensão inferior ao seu diâmetro, o vB calculado é ______ ao verdadeiro, o que provoca um erro por ______ no valor de g.

(A) superior … excesso

(B) superior … defeito

(C) inferior … excesso

(D) inferior … defeito

11.4. Variando a distância entre as células, Δy, obteve-se a reta de ajuste tA→B2 = 0,201 Δy − 0,002 (SI). Determina o erro percentual de g, tomando como referência 9,8 m s−2.

Resolução

11.1.

✔ Opção (C)

🔹 Média: (7,52 + 7,47 + 7,55 + 7,50) / 4 = 7,51 ms. Desvios: 0,01; 0,04; 0,04; 0,01 ms. A incerteza é o maior desvio: 0,04 ms.

11.2.

🔹 Considera-se que a velocidade da esfera é constante durante tB (porque tB é muito pequeno), ou seja, que a velocidade em frente da célula é igual à velocidade média nesse intervalo.

11.3.

✔ Opção (A)

🔹 tB medido é menor do que o verdadeiro; usando o diâmetro, vB = D / tB fica maior, e g = vB / tA→B também (erro por excesso).

11.4.

🔹 Partindo do repouso: Δy = ½ g t2 ⇔ t2 = (2/g) Δy. O declive da reta é 2/g.

2 / g = 0,201 ⇔ g = 9,95 m s−2

erro (%) = |9,95 − 9,8| / 9,8 × 100 = 1,5 %

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