Queda livre é um tipo de movimento que ocorre quando um corpo está sob influência de uma força. O corpo abandonado, a partir do repouso, se desloca verticalmente em uma trajetória orientada para baixo devido à ação da gravidade.
Próximo da superfície terrestre, a queda livre está sob influência da aceleração da gravidade (g), considerando desprezível a resistência do ar ou no vácuo.
Esse movimento é classificado como uniformemente acelerado. Isso significa dizer a aceleração é constante, pois a velocidade com que o corpo cai aumenta a uma taxa de aproximadamente 9,8 m/s em cada segundo.
O movimento oposto, ou seja, de lançamento para cima, é chamado de movimento uniformemente retardado e por causa do sentido a aceleração é considerada negativa.
Como vimos, a queda livre é um movimento uniformemente acelerado, pois a aceleração é constante em uma trajetória retilínea e vertical.
Ao lançar um corpo para baixo partindo do repouso, a velocidade inicial é nula (v0 = 0). Sob ação da gravidade (g), levará um tempo (t) para que percorra uma determinada distância (h). Sendo assim, a queda livre pode ser descrita pelas equações:
Cálculo da velocidade em queda livre:
Onde,
v é a velocidade, em metros por segundo (m/s) g é a aceleração da gravidade, em metros por segundo ao quadrado (m/s2) t é o intervalo de tempo, em segundos (s)
Cálculo da altura em queda livre:
A altura (h) é dada em metros (m).
Equação de Torricelli:
A equação de Torricelli é útil para calcular a velocidade de queda em problemas sem dados de tempo. Assim, podemos relacionar a altura (h) com a velocidade (v).
Vale lembrar que o valor de g é variável em função da altitude e latitude. Por exemplo, o valor 9,80665 m/s2 corresponde à aceleração normal da gravidade na latitude 45º e ao nível do mar. Entretanto, é comum aproximar o valor para 10 m/s2 em exercícios para facilitar os cálculos, já que perto da superfície é possível considerá-lo constante.
Graficamente, a velocidade do movimento em relação ao tempo é expressa em uma reta ascendente e a variação da posição ao longo do tempo em uma parábola.
Considerando que um corpo próximo da superfície terrestre, sujeita à aceleração da gravidade de 10 m/s2, é abandonado e depois de 2 segundos atinge o solo, de qual a altura o corpo sofreu queda livre?
a) 10 m b) 15 m c) 20 m d) 30 m
Ver RespostaAlternativa correta: c) 20 m
Observe que o corpo foi abandonado, então a velocidade inicial é nula. O enunciado nos dá 2 dados, aceleração e tempo, para que a altura seja determinada. Sendo assim, podemos utilizar a equação horária da posição:
Portanto, um corpo abandonado de uma altura de 20 metros chega ao chão em 2 segundos.
Marta derrubou uma xícara que estava apoiada em um local. Sabendo que o objeto demorou 2 segundos para chegar ao chão, qual a velocidade adquirida pela xícara durante o movimento sabendo que aceleração da gravidade é 10 m/s2?
a) 30 m/s b) 20 m/s c) 15 m/s d) 10 m/s
Ver RespostaAlternativa correta: ) 20 m/s
A velocidade no movimento de queda livre aumenta a uma taxa constante. Por isso, para determinar a velocidade que a xícara atinge o solo utilizamos a fórmula de velocidade, que relaciona a aceleração e o tempo.
V = g.t V = 10 . 2 V = 20 m/s
Um corpo é abandonado ao solo em queda livre a uma velocidade de 30 m/s. Desprezando a resistência do ar e considerando a aceleração da gravidade 10 m/s2, quanto tempo durou o movimento?
a) 4,0 s b) 1,0 s c) 2,0 s d) 3,0 s
Ver RespostaAlternativa correta: d) d) 3,0 s
Para calcular o tempo, utilizamos a fórmula de velocidade:
Portanto, em queda livre a uma velocidade de 30 m/s, o movimento durou 3 segundos.
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