Lab Virtual de Física

Queda livre

Solte dois objetos da mesma altura e compare. Ligue e desligue o ar, troque de planeta e veja nos gráficos o que muda.

t = 0,00 s

ABola de ferro

BPena

Velocidade × tempo

Altura × tempo

Aceleração × tempo

Caderno de medidas

Cada queda concluída vira uma linha. O tempo teórico no vácuo é t = √(2h/g).

ObjetoLocalArAlturaTempo de quedaVel. ao tocar o chãoTempo no vácuo
Ainda sem medidas. Clique em Soltar.

Roteiro de experimentos

  1. Galileu no vácuo

    Bola de ferro e pena, sem ar, de 50 m. Antes de soltar, aposte: qual chega primeiro?

  2. O ar entra em cena

    Os mesmos objetos, agora com ar. Compare os tempos com a linha anterior no caderno.

  3. Papel liso × papel amassado

    A mesma folha (mesma massa), mudando só a área. O que decide a corrida?

  4. Martelo e pena na Lua

    Em 1971, o astronauta David Scott soltou um martelo e uma pena na Lua, de cerca de 1,6 m. Repita aqui.

  5. Velocidade terminal

    Paraquedista em queda livre e com o paraquedas aberto, de 300 m. Observe o gráfico de velocidade ficar horizontal.

Desafio

Teoria: queda livre e resistência do ar

Sem ar, a única força sobre o objeto é o peso. Pela 2ª lei de Newton, a = P/m = mg/m = g: a massa se cancela, e todos os corpos caem com a mesma aceleração.

v = g t     h(t) = h0 − ½ g t²     tqueda = √(2h0 / g)

Com ar, aparece a força de arrasto, contrária ao movimento e que cresce com o quadrado da velocidade:

Far = ½ ρ Cd A v²     a = g − Far / m
  • ρ é a densidade do ar (≈ 1,2 kg/m³ na Terra, ao nível do mar);
  • Cd é o coeficiente de arrasto, que depende da forma;
  • A é a área que o objeto “mostra” ao ar.

A força de arrasto não depende da massa, mas o seu efeito sim: ela é dividida por m. Por isso objetos leves e largos (pena, folha aberta) sentem muito mais o ar.

Conforme a velocidade aumenta, o arrasto cresce até igualar o peso. A partir daí a força resultante é zero, a aceleração é zero e a velocidade fica constante: é a velocidade terminal.

vt = √( 2 m g / (ρ Cd A) )

Sobre a simulação: as equações são integradas numericamente (Runge-Kutta de 4ª ordem, passo de 1/600 s). Os objetos são desenhados todos do mesmo tamanho, fora de escala, para ficarem visíveis. Em Júpiter não há chão sólido: imagine uma plataforma no nível em que a pressão é de 1 atmosfera.