A gravidade e a cinemática.

     A força gravitacional que a Terra exerce sobre um corpo faz com que ele adquira uma aceleração: a aceleração da gravidade (g).

     Se um pacote é jogado de um helicóptero parado no ar, por exemplo, ele adquire uma aceleração constante igual a g, e a trajetória de movimento é retilínea ( vertical ). Ocorre portanto, um MRUV.

     Em física um fenômeno desse tipo geralmente é chamado de queda livre. ( Em nosso estudo não vamos considerar os efeitos da resistência do ar).

     Durante a queda, a velocidade do pacote é constante. Quando inicia sua queda, ele está em repouso  ( vo = 0 ). Á medida que cai, sua velocidade aumenta. Após 1 s, a velocidade é de 9,8 m/s. depois de 3 s, é de 29,4 m/s. Depois de 4 s, de 39,2 m/s.

     Observe o esquema:

 
     Veja que a variação da velocidade a cada segundo é de 9,8 m/s. essa variação se deve à aceleração da gravidade, que é de 9,8 m/s². Para fins de estudo, podemos arredondar esse valor para 10 m/s².

* A QUEDA LIVRE EM LINGUAGEM MATEMÁTICA

     A queda livre é um MRUV. Com base nas equações desse tipo de movimento podemos escrever algumas equações úteis.

     Tempo de queda. Quando um pacote é abandonado do helicóptero, sua velocidade inicial é igual a zero ( vo = 0 ). O deslocamento (S) será igual à altura ( S = h ). O tempo de queda é t.

     Aplicando a função horária do MRUV. 
ao movimento de queda livre e considerando  S0 = h0 = 0 e a = g, temos:



     Velocidade ao atingir o solo. A velocidade (v) do pacote ao atingir o solo também é dada pela equação da velocidade do MRUV:    v = v0 + a.t → v = o + g.t → v = g.t


Fonte: Carlos Barros - Wilson Paulino: CIÊNCIAS FÍSICA E QUÍMICA , ciências / 9º ano - Ed. Ática.     





O peso de um corpo na água.

      Flutuamos na água porque nesse meio existe uma força - chamada empuxo - que nos empurra para cima. portanto, o empuxo é uma força de sentido contrário ao da força peso. O empuxo é também a força que mantém a flutuação dos navio.

     A lei física que descreve a força de empuxo é conhecida como princípio de Arquimedes. Seu enunciado:

     Todo copro mergulhado num líquido desloca certo volume desse líquido. Ao mesmo tempo, recebe do líquido uma força vertical de baixo para cima - a força do empuxo. A intensidade do empuxo é igual ao peso do líquido deslocado.

     Vamos entender o princípio de Arquimedes, observando as figuras A e B a seguir:



                                o que acontece em B, quando o bloco é colocado na água?

     Repare que, antes de o bloco ser colocado na água (A), o volume ocupado era 100 cm³; depois que o bloco foi colocado no recipiente (B), o volume passou para 150 cm³. ou seja, a água ocupa um volume de 150 cm³.

     Com essas informações, podemos determinar a intensidade do empuxo no bloco: primeiro verificamos o volume de água deslocado; depois, conhecendo a densidade da água, descobrimos a sua massa e o seu peso. assim:

* O volume de água deslocado foi de 50 cm³. Como a densidade da água é igual a 1 g/cm³, temos:


* se a massa da água deslocada é de 50 g, ou seja, 0,050 kg, seu peso é:

                                                 P = m.g            P = 0,050. 9,8 = 0,49 N

     Portanto, como o peso da água deslocada é igual à intensidade da força de empuxo no bloco, conclui-se que a força de empuxo vale 0,49 N.

  
 Fonte: Carlos Barros - Wilson Paulino: CIÊNCIAS FÍSICA E QUÍMICA , ciências / 9º ano - Ed. Ática.      




                                

A gravidade e o peso

     A massa é medida da quantidade de matéria de um corpo. Essa medida não depende da localização do corpo. Esteja na Terra, na Lua ou em qualquer outro lugar do universo, a massa de um corpo será sempre a mesma.

     O peso de um corpo, porém, depende da sua localização, da sua massa e também da massa do corpo que o atrai. Se estiver na Terra, esse copro terá um peso que depende da massa da Terra; se estiver na Lua, seu peso depende da massa da Lua.

     Como a massa da Terra é bem maior que a massa da Lua, o peso do corpo é maior na Terra que na Lua.

     Pela lei da gravitação universal, a Terra atrai os corpos com uma força dirigida para o seu centro. E quanto maior a distância entre a Terra e o corpo, menor a atração sobre ele. por isso, o peso de um astronauta, por exemplo, diminui à medida que ele se afasta da Terra. Mas ele não perde massa.

     No SI, a unidade fundamental de massa é o quilograma (Kg) , mas podemos usar outras, como o grama. Por exemplo uma força, o peso é medido em unidade de força, que podem ser newton(N) ou quilograma-força (kgf). A relação entre essas duas unidades, válida para a Terra, é:  1 kgf = 9,8N

    Imagine um astronauta cuja massa seja 70 kg. Na superfície da Terra, seu peso é 686 N ( 70 kgf); na superfície da Lua, será aproximadamente 117 N. entretanto, sua massa continua sendo 70 kg.

*VALE QUANTO PESA

     É fácil entender que , quanto maior a massa de um corpo, maior o seu peso. Essa relação vale para um mesmo lugar no espaço. Mas, como acabamos de ver, a massa de um astronauta não muda quando ele está na Lua, e seu peso fica menor do que seria se ele estivesse na Terra.

     Para entender por que isso acontece precisamos saber como se calcula o peso de um corpo.

     A força peso (P) depende da massa (m) do corpo e da aceleração gravitacional (g). A aceleração gravitacional depende do planeta ou satélite onde a medição do peso é efetuada. Matematicamente, o peso é definido assim:

     O valor atribuído à aceleração da gravidade na superfície da Terra é 9,8 m/s². Na verdade, esse valor varia um pouco de local para local, de acordo com a altitude e latitude, mas não vamos considerar essa variação em nossos cálculos, podemos arredondá-lo para 10 m/s².

     Portanto, quando se calculamos o peso de um corpo, estamos calculando a força de atração gravitacional que age sobre ele.

Exemplo.

01) Supondo que a massa de um astronauta seja 85 kg, calcule o seu peso:

a) na terra, considerando sua aceleração da gravidade (g) igual a 10 m/s²;

P = m.g      P = 85 . 10 = 
                  P = 850 kg.m/s²
                  P = 850 N

b) na Lua, cuja aceleração da gravidade é igual a 1,67 m/s².

P = m.g             P = 85 . 1,67
                         P = 142 N



Fonte: Carlos Barros - Wilson Paulino: CIÊNCIAS FÍSICA E QUÍMICA , ciências / 9º ano - Ed. Ática.

A gravitação universal - gravidade e lei da gravidade

* GRAVIDADE, UMA FORÇA A DISTÂNCIA

     Até aqui você viu apenas forças de contato. Por exemplo: para empurrar ou puxar uma geladeira aplicamos certa força, num contato direto ou indireto com a geladeira ( por meio de uma corda amarrada a ela, por exemplo).

     Mas existem outros tipos de força, chamadas forças a distância, cuja aplicação não depende de contato com o corpo.

     É o caso da força gravitacional.

* ATRAÇÃO GRAVITACIONAL.

     Desde a Antiguidade já tinham sido dadas muitas explicações para a queda dos corpos. Uma que predominou por mais de mil anos, era baseada na ideia de a Terra ser o centro do Universo. Assim, todas coisas pesadas ou " graves" tinham seu " lugar natural" no centro do Universo. Isso explicava por que as coisas caíam: elas simplesmente estavam ocupando seu " lugar natural".

     Newton conhecia tal explicação, mas, na época em que ele viveu, essa teoria estava sendo questionada. Assim, um novo entendimento para a queda dos corpos se fazia necessário.

     Investigando essa questão, Newton formulou a hipótese de que os corpos caem porque são atraídos por uma força que nosso planeta exerce neles em direção ao centro da Terra. A essa força ele deu o nome de força gravitacional ou força da gravidade.

     A força que a Terra exerce, atraindo em direção ao seu centro os corpos que estão na sua proximidade, é a mesma força exercida pelos corpos em relação à Terra. E os corpos exercem uma força também uns em relação aos outros.

     A origem da força gravitacional é a massa. Tudo o que tem massa exerce força gravitacional.

* A LEI DA GRAVITAÇÃO UNIVERSAL

     Além das três leis do movimento , Isaac Newton formulou a lei da gravitação universal. Seu enunciado:

* Todos os corpos se atraem mutuamente na razão direta de suas massas e na razão inversa do quadrado de suas distâncias.

     Entendendo esse enunciado.

     No universo, uma porção de qualquer matéria atrai outra porção de matéria: o Sol atrai a Terra; a Terra nos atrai e também atrai a Lua, mantendo-se em sua órbita; nós atraímos um lápis, e vice-versa.

     Mas não vimos as pessoa atraindo os lápis que estão por perto nem atraindo outras pessoas. A explicação disso é que os efeitos gravitacionais são percebidos apenas quando um dos copros tem massa realmente muito grande ( da ordem de milhões de toneladas).

     Além disso, quanto maior a distância entre os corpos, menor a força de atração entre eles. Essa redução na intensidade da força depende do quadrado da distância. Isso quer dizer que, se a distância entre os dois corpos se tornar duas vezes maior, por exemplo, a força de atração gravitacional entre eles se tornará quatro ( dois ao quadrado) vezes menor.

     Observe o esquema abaixo e leia a legenda.











     No sistema Solar, os planetas giram ao redor do Sol. A força gravitacional do Sol modifica a direção do movimento dos planetas, mantendo em sua órbita a trajetória desses corpos celestes.

     Da mesma maneira, é a força gravitacional que mantém a Lua na órbita da Terra.

     A lei da gravitação é chamada universal porque não ocorre apenas na Terra ou no Sistema Solar. Ela vale para todo o Universo e ajuda a explicar o movimento de outras estrelas e a existência das galáxias.



Fonte: Carlos Barros - Wilson Paulino: CIÊNCIAS FÍSICA E QUÍMICA , ciências / 9º ano - Ed. Ática.



A terceira lei de Newton: ação e reação.

     Newton observou que, se um corpo aplica uma força - chamada ação - em outro corpo, este aplica no primeiro uma força igual e contrária - chamada reação.

     Com base nessas observações enunciou a terceira lei do movimento, conhecida como princípio da ação corresponde uma reação de mesma intensidade e direção, mas em sentido contrário.

Por exemplo:

*O boxeador em treinamento dá socos num saco de areia. De acordo com a lei da ação e reação, a força que os punhos do boxeador exercem no saco de areia é igual à força exercida pelo saco de areia em seus punhos. 

*O princípio da ação e reação é válido para todos os tipos de força, independentemente da intensidade. Pro exemplo, ao tocar uma pessoa querida, sempre recebemos de volta o toque realizado.

*Um foguete em movimento é um exemplo da terceira lei de Newton. Os gases produzidos na queima do combustível são impelidos para fora e para baixo (ação) e, como resultado, o veículo é impulsionado para cima ( reação). Os gases exercem uma força no foguete (força de ação) e o foguete exerce uma força nos gases na mesma direção e em sentido oposto (força de reação). O resultado é o movimento ascendente do foguete. É algo parecido ao que ocorre quando enchemos uma bexiga e a soltamos sem amarrar o bico: o ar de dentro dela é expelido para um lado, e a bexiga vai para o outro.

     No princípio da ação e reação, as forças aparecem aos pares e sempre se aplicam em corpos diferentes.


Fonte: Carlos Barros - Wilson Paulino: CIÊNCIAS FÍSICA E QUÍMICA , ciências / 9º ano - Ed. Ática.