Voltar a: Atividades Laboratoriais – 11ºAno
Atividade laboratorial
- Al 1.1 – Queda livre: força gravítica e aceleração da gravidade;
Objetivos:
➩ Determinar a aceleração da gravidade num movimento de queda livre;
➩ Verificar se depende da massa dos corpos e da altura de queda;
Chama-se movimento de queda livre ao movimento de qualquer corpo apenas sujeito à força gravítica do planeta que influencia o seu movimento.
🟣 Um dos procedimentos possíveis consiste em utilizar duas células fotoelétricas, ligadas a um cronómetro digital e separadas entre si por uma distância, e esferas maciças de um mesmo material, mas com diâmetros diferentes.
Cada esfera deve ser sempre largada duma posição situada imediatamente acima da célula A, de modo a poder considerar-se nula a velocidade com que passa nessa célula, (𝛖A = 0).
Para verificar se a aceleração da gravidade depende da altura de queda.
❇️ Abandona-se sempre a mesma esfera a diferentes alturas, mudando a posição da célula B, e para cada posição em que a esfera é largada regista-se: o intervalo de tempo que a esfera demora a percorrer a distância entre as células A e B, Δtqueda, a distância entre as células, dAB, e o intervalo de tempo que a esfera demora a passar em frente da célula B, ΔtB.
Para verificar se a aceleração da gravidade depende da massa dos corpos.
❇️ Mantendo as células fotoelétricas à mesma distância uma da outra, abandona-se cada uma das esferas mesmo acima da célula fotoelétrica A e regista-se o intervalo de tempo, Δtqueda, que cada esfera demora a percorrer a distância entre as células A e B e o intervalo de tempo, ΔtB, que cada esfera demora a passar em frente da célula B.
Atividade experimental:
O intervalo de tempo que a esfera demora a passar pela célula B, é muito pequeno, pelo que se pode considerar que nesse intervalo de tempo a velocidade da esfera é praticamente constante.
Pode calcular-se (medição indireta) um valor aproximado do módulo da velocidade final, (𝛖B = D/Δt), quando a esfera passa na célula B.
🔴 Sendo D o diâmetro (medição direta) da esfera.
🔴 A repetição das medições e o respetivo tratamento estatístico são vantajosos porque minimizam os erros aleatórios inerentes a qualquer trabalho experimental, então, para cada altura de abandono fazem-se pelo menos 3 medições do intervalo de tempo ΔtB e a média dos três valores é utilizada no cálculo do módulo da velocidade média da esfera ao passar pela célula B.
Aspectos teóricos
A distância percorrida é uma grandeza escalar, durante a queda livre vai sempre aumentando ao longo do tempo, nunca pode diminuir.
Sendo o módulo da aceleração, uma grandeza física que, nas condições da experiência, mede a taxa de variação temporal do módulo da velocidade, prevê-se que a aceleração média seja igual para todas as esferas e não dependa da massa do corpo:
Admitindo que a força gravítica é a única força a atuar, o módulo da aceleração média é igual ao módulo da aceleração gravítica:
Após diversos ensaios experimentais, os dados recolhidos devem ser analisados graficamente.
🟠 Deve verificar se experimentalmente que o quadrado do intervalo de tempo que a esfera demora a percorrer a distância entre as duas células é diretamente proporcional à distância percorrida.
🟠 A partir de um conjunto de medições de 𝛖B e Δtqueda, e considerando, o módulo da velocidade, 𝛖B, como variável dependente e o intervalo de tempo, Δtqueda, como variável independente, obtém-se uma reta de ajuste aos pontos do gráfico seguinte, traduzida por:
Conclusão: Os resultados experimentais deverão permitir concluir que o módulo da aceleração média determinado experimentalmente, gexperimental, não depende da distância entre as células, nem do diâmetro da esfera e também não depende da massa das esferas.
Erros possíveis :
📛 Se a esfera interromper o feixe da luz da célula com velocidade inicial diferente de zero, vai percorrer a distância entre as células, num menor intervalo de tempo.
📛 Se esta situação não for controlada, e continuando a admitir, nos cálculos que envolvem a determinação do módulo da aceleração, que a velocidade inicial é nula, não o sendo, o módulo da aceleração calculado é superior ao verdadeiro.
📛 O cálculo de 𝛖B com base no diâmetro da esfera pressupõe que a esfera interrompe o feixe luminoso da célula B quando este está alinhado com um seu diâmetro. No entanto, um erro experimental frequente decorre se a esfera interromper, de facto, o feixe luminoso para uma dimensão inferior ao seu diâmetro.
📛 Quando se admite que a dimensão de corte do feixe é igual ao diâmetro, o módulo de 𝛖B calculado é superior ao verdadeiro, o que determina um no valor experimental do módulo da aceleração gravitica.
O módulo da aceleração gravítica determinado experimentalmente a partir dos dados recolhidos, gexperimental, deve ser aproximadamente igual ao módulo da aceleração gravítica à superfície da Terra, gteórico.
📛 O desvio do valor experimental em relação ao valor teórico deve ser avaliado através da expressão seguinte:
Aspectos Históricos
🟠 O filósofo grego Aristóteles acreditava que, quando abandonados livremente de uma mesma altura, os corpos mais pesados (com maior massa) alcançariam o solo antes dos mais leves, pois durante a queda adquiriam mais depressa uma velocidade maior.
🟠 Galileu Galilei comprovou empiricamente (experimentalmente) que os objetos, quando abandonados livremente da mesma altura, caem com a mesma aceleração, adquirindo velocidades idênticas durante quedas idênticas, independentemente da massa e da forma que possuem.
🟠 Newton publicou a lei da inércia, a lei fundamental da dinâmica, a lei da ação e reação lei das interações ou das duas ações simultâneas) e a lei da gravitação universal. Através do seu estudo Newton concluiu que na interação de dois corpos, de massas iguais ou diferentes, estão presentes duas forças de igual intensidade, com o mesmo módulo e direção, estando cada uma aplicada em cada um dos dois corpos que interatuam.
