Quando um objeto está em queda livre o que acontece com a velocidade a cada segundo?

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.

Fórmulas de queda livre

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.

Gráficos de queda livre

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.

Exercícios sobre queda livre

Questão 1

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

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Alternativa 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.

Questão 2

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 Resposta

Alternativa 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

Questão 3

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 Resposta

Alternativa 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.

Adquira mais conhecimento lendo os textos a seguir.

• Exercícios sobre queda livre
• Lançamento vertical
• Aceleração da gravidade
• Força gravitacional
• Movimento uniformemente variado
• Equação de Torricelli
• Velocidade relativa
• Lançamento Oblíquo

Queda livre: o que é, fórmula e exercícios!

• O que é queda livre?
• Como funciona a queda livre?
  • Lançamento vertical para baixo
  • Lançamento vertical para cima
• Fórmula da queda livre
• Exercícios de queda livre
  • Resolução
  • Resolução

O estudo da mecânica clássica é uma das matérias mais importantes da disciplina de Física. Isso porque, além de exigir do aluno a interpretação de vários conceitos, há também a aplicação de fórmulas específicas.

Desse modo, dentre os diversos conceitos dessa matéria, podemos destacar o de queda livre, o qual é fundamental aprender para aqueles que desejam ser aprovados no vestibular.

Entender o que é queda livre, suas fórmulas e variações de exercícios passa a ser um diferencial para quem tem como objetivo ir bem no vestibular. Acompanhe este conteúdo abordando tudo sobre queda livre!

Queda livre é o nome dado ao movimento de um objeto que é abandonado verticalmente, de forma que ele percorra uma trajetória em direção ao solo terrestre e sob influência de uma única força física: a gravidade.

Nesse contexto, por se tratar de um movimento regido apenas pela força da gravidade, é preciso enfatizar que em um cenário de queda livre não há resistência do ar, ou seja, é como se o objeto em questão estivesse em queda no vácuo.

Como funciona a queda livre?

O movimento de queda livre pode ser separado de acordo com o sentido de sua trajetória (de cima para baixo ou de baixo para cima), já que tem apenas uma direção (sempre na vertical).

Lançamento vertical para baixo

O lançamento vertical para baixo é caracterizado por ser um movimento acelerado, já que nessa ocasião o corpo em questão percorre uma trajetória seguindo na mesma direção e sentido da força da gravidade (sempre apontada para o centro da Terra).

Por isso, a cada instante que passa a velocidade do corpo tende a aumentar, já que ele está sob influência de uma aceleração positiva.

Lançamento vertical para cima

Já o lançamento vertical para cima é um movimento classificado como retardado, uma vez que o seu sentido é contrário ao da força da gravidade, fazendo, assim, com que a cada instante a sua velocidade diminua, tendendo a alcançar ao valor 0 m/s.

Em outras palavras, um objeto lançado para cima realiza um movimento de desaceleração, já que ao sair do ponto de lançamento a uma dada velocidade, ele a cada instante diminui o valor de sua velocidade devido à aceleração negativa da gravidade.

Fórmula da queda livre

Existem três fórmulas que o estudante precisa memorizar para aprender de fato a matéria queda livre. São elas:

S = So + Vo.t ± (at²)/2, em que:

• S — distância total percorrida após o lançamento, dada em metros;
• So — distância inicial já percorrida, dada em metros;
• Vo — velocidade inicial do objeto, dada em m/s;
• t — tempo de movimento em segundos;
• a — valor da aceleração em m/s².

Já em relação ao sinal, usamos o positivo quando o movimento estiver no mesmo sentido que a força da gravidade (lançamento vertical para baixo) e negativo quando o movimento for contrário ao sentido da gravidade (lançamento vertical para cima).

Vf = Vo ± at, em que:

• Vf — velocidade final do objeto em m/s;
• Vo — velocidade inicial do objeto em m/s;
• a — aceleração em m/s²;
• t — tempo percorrido em segundos.

Vf² = Vo² ± 2ad, em que:

• Vf — velocidade final do objeto em m/s;
• Vo — velocidade inicial do objeto em m/s;
• a — aceleração em m/s²;
• d — distância percorrida dada em metros.

Exercícios de queda livre

Confira agora como que este assunto pode ser cobrado no Enem e em outros vestibulares tradicionais.

1) (PUC-MG) Dois corpos de pesos diferentes são abandonados no mesmo instante de uma mesma altura. Desconsiderando-se a resistência do ar, é CORRETO afirmar:

a) Os dois corpos terão a mesma velocidade a cada instante, mas com acelerações diferentes.

b) Os corpos cairão com a mesma aceleração e suas velocidades serão iguais entre si a cada instante.

c) O corpo de menor volume chegará primeiro ao solo.

d) O corpo de maior peso chegará primeiro ao solo.

Resolução

Alternativa correta letra “b”. Uma vez que a resistência do ar é desprezada, eles caem com a mesma aceleração da gravidade, fazendo assim com que as suas velocidades a cada instante sejam sempre as mesmas, seja qual for a massa e peso.

2) (PUC-PR) Em um planeta, isento de atmosfera e onde a aceleração gravitacional em suas proximidades pode ser considerada constante igual a 5 m/s², um pequeno objeto é abandonado em queda livre de determinada altura, atingindo o solo após 8 segundos.

Com essas informações, analise as afirmações:

I. A cada segundo, a velocidade do objeto aumenta em 5 m/s durante a queda.

II. A cada segundo, o deslocamento vertical do objeto é igual a 5 metros.

III. A cada segundo, a aceleração do objeto aumenta em 4 m/s² durante a queda.

IV. A velocidade do objeto ao atingir o solo é igual a 40 m/s.

a) Somente a afirmação I está correta.

b) Somente as afirmações I e II estão corretas.

c) Todas estão corretas.

d) Somente as afirmações I e IV estão corretas.

Resolução

Alternativa correta letra “d”.

I – Correta — 5m/s²  significa uma variação de velocidade de 5 metros em cada 1 segundo de movimento.

II – Falsa — a cada segundo o deslocamento aumenta, já que a velocidade é cada vez maior.

III – Falsa — de acordo com o enunciado a aceleração é constante e vale 5m/s².

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IV – Correta — Vf = Vo + g.t= 0 + 5.8 — V = 40 m/s.

Portanto, agora que você já sabe o que é queda livre, bem como as diferenças entre os tipos de lançamentos, é hora de fazer mais exercícios para fixar melhor a matéria, já que assim você consegue absorver melhor os conceitos físicos e memorizar todas as fórmulas necessárias.

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