Pena e pedra caem ao mesmo tempo

QUEDAS IGUAIS I


Objetivo

    Mostrar que, independentemente da massa dos objetos, eles sempre demoram o mesmo tempo para chegar ao chão, se soltos da mesma altura.

Contexto

    Pegue um objeto pesado e outro leve, então se pergunte: qual dos dois chegará primeiro ao chão? Se você perguntar a alguém, provavelmente lhe responderão: o objeto mais pesado. Mas foi Galileo Galilei (1564-42) quem provou que isso não é verdade, fazendo uma experiência parecida como esta do alto da Torre de Pisa. O fato é que todos os corpos na vizinhança da Terra sofrem uma atração em direção ao centro gravitacional do planeta (próximo ao centro da Terra). Para algo que está na superfície, como qualquer pessoa, essa atração se manifesta para baixo, que é a direção para o centro terrestre. Como todos os objetos caem do mesmo modo, deve haver algo que seja comum a todos eles: de fato, possuem a mesma aceleração de queda, que é a aceleração gravitacional. Com a mesma aceleração, todos os objetos ganham velocidade na mesma proporção. Como ganham velocidades iguais, devem chegar juntos ao solo, se largados ao mesmo tempo, da mesma altura.

Idéia do experimento

    O experimento consiste em observar a queda de pares de objetos com massas diferentes. Neste experimento, temos 2 objetos de massas muito diferentes: um livro e uma foha de papel. Com a folha de papel em uma mão e um livro grosso na outra, solta-se os dois da mesma altura ao mesmo tempo. O resultado esperado na primeira queda é que o livro chegue ao chão antes da folha, o que é confirmado pela experiência. Este tipo de resultado é que cria o senso comum de que os objetos mais pesados caem mais rápido. Então realiza-se uma segunda queda, desta vez com a folha de papel sobre a capa do livro. O resultado é surpreendente: agora os dois objetos caem juntos. O que acontece é que a força de resistência do ar tem efeito muito maior na follha do que no livro, freando o movimento da folha. Quando a folha é colocada por sobre o livro, a força de resistência é praticamente eliminada permitindo que a folha caia livremente, chegando ao mesmo tempo que o livro ao chão. Com estes experimentos pode-se observar que todos os objetos caem do mesmo modo, a menos que a resistência do ar retarde o movimento.

Tabela do material

Item Observações
Livro grosso
Folha de papel de dimensões não maiores que a capa do livro

Comentários

  • A verificação dos resultados depende da observação atenta da queda. Por isso repita cada par de quedas pelo menos duas vezes.

Esquema de montagem:

A figura 1 mostra como fazer a primeira queda: um livro grosso em uma mão e um folha de papel na outra.

A figura 2 mostra como fazer a segunda queda: a folha de papel por sobre a capa do livro.

    Pena e pedra caem ao mesmo tempo
    fig(1)
    Pena e pedra caem ao mesmo tempo
    fig(2)

    Projeto Experimentos de Física com Materiais do Dia-a-Dia - UNESP/Bauru

MHS/FCL

Experiência de Galileu

 

Pena e pedra caem ao mesmo tempo
Para pronunciar a última palavra sobre a questão, conta a história que Galileu anunciou na Universidade de Pisa que faria uma experiência definitiva, jogando dois corpos do topo da torre da cidade.

No dia anunciado, diante de um grande número de estudantes e alguns amigos, o sábio italiano fez sua experiência com dois corpos: um pesava 1 kg e o outro 10 kg.

Com grande espanto (uma ideia que teve o apoio de Aristóteles estava entrando em colapso) os participantes puderam ver: os dois corpos tocaram a terra no mesmo momento.

Alguns adversários de Galileu formularam a seguinte objeção: Por que as penas de um pássaro caem mais lentamente que uma pedra?

Galileu responde que a causa dessa desigualdade de velocidades é a presença do ar, que se opõe à resistência à queda de todos os corpos. Para evitar este efeito no movimento dos corpos  que Galileu jogou da Torre de Pisa os mesmos tinham a mesma forma e tamanho: eram duas esferas de raio igual.

Como a bomba de vácuo foi inventada em 1650, sessenta anos depois, a experiência não pôde ser realizada no vácuo, mas, quando foi concluída, descobriu-se que Galileu estava certo: no vácuo, uma pena e uma pedra caem na mesma velocidade

Uma pena e uma pedra são colocadas em um tubo de vidro com 1 metro de comprimento; Então o ar é extraído. O tubo é revertido rapidamente e ambos os corpos são vistos juntos ao longo da jornada.

Pena e pedra caem ao mesmo tempo

Em resumo, podemos dizer que:

Todos os corpos caídos da mesma altura caem com a mesma velocidade no vácuo.

Animaçao demonstrando o experimento de Galileo

Animação do experimento de queda livre de Galieo na Torre de Pisa

Nesta animação foi usado apenas um objeto para avaliar o tempo de queda desde o alto da Torre de Pisa até o solo.

Pena e pedra caem ao mesmo tempo

Clicar na Bandeira verde para inicializar a animação.


Clicar no cronômetro para começar a execução da  animação que mostra a queda livre de objeto lançado do alto da Torre de Pisa, conforme experimento de Galileo, realizada na Torre de Pisa que tem 57 metros de altura. Nesta animação é demonstrada a queda livre de um único objeto.


A cada passo da animação é calculada a posição do objeto com um avanço de 1 segundo, o objeto desliza para a posição seguinte e para de modo a permitir a observação do valor da velocidade naquele momento bem como da posição do objeto em queda livre.


Para que a animação avance mais um passo é preciso tocar a barra de espaço ou no botão de avançar. Mas, se não comandar o avanço a animação progride automaticamente após 3 segundos.

O que cai primeiro a pedra ou a pena?

De facto, como pode uma pena, tão leve, chegar ao chão em simultâneo com uma pedra, que tem maior massa? A nossa perceção da realidade levar-nos-á a responder que um objeto com maior massa e, consequentemente, maior peso, chegará primeiro ao chão.

Porque uma pena cai mais lentamente do que uma pedra?

Alguns adversários de Galileu formularam a seguinte objeção: Por que as penas de um pássaro caem mais lentamente que uma pedra? Galileu responde que a causa dessa desigualdade de velocidades é a presença do ar, que se opõe à resistência à queda de todos os corpos.

Porque dois objetos de massas diferentes caem ao mesmo tempo?

O motivo de cair em intervalos diferentes é devido ao ar. O ar provoca duas coisas: pressão constante... Se tivermos dois objetos de mesma forma, o objeto que for mais pesado, que tiver mais peso, cairá mais rapidamente porque provocará maior força resultante em relação à pressão do ar.

Qual corpo cai primeiro?

Pegue um objeto pesado e outro leve, então se pergunte: qual dos dois chegará primeiro ao chão? Se você perguntar a alguém, provavelmente lhe responderão: o objeto mais pesado. Mas foi Galileo Galilei (1564-42) quem provou que isso não é verdade, fazendo uma experiência parecida como esta do alto da Torre de Pisa.