Aceleração de queda livre de um planeta: explicações detalhadas

Este artigo discute sobre a aceleração de queda livre de um planeta. Queda livre refere-se a um objeto diminuindo sua altitude devido à ação da gravidade. A gravidade é a força de tração para baixo responsável pela queda dos objetos para baixo e não para cima.

Neste artigo estudaremos sobre a aceleração de queda livre de um objeto em um planeta. Para cada planeta, a força da gravidade é diferente, devido à qual a aceleração dos objetos em queda livre também difere. Tomaremos o exemplo da Terra e estudaremos sobre a aceleração de objetos em queda livre na Terra, visto que procedimentos semelhantes são aplicáveis ​​a outros planetas.

O que é uma queda livre?

Conforme discutido na seção acima, queda livre refere-se ao movimento descendente de um objeto sujeito à influência da gravidade.

Qualquer coisa que desça por conta própria, sem a interferência de outra força externa além da gravidade, é chamada de queda livre. O objeto acelera primeiro e depois atinge uma constante velocidade chamada de terminal velocidade. Discutiremos sobre isso em detalhes em outras seções.

Créditos da imagem: Zátonyi Sándor, (ifj.) Feito, Colheita de maçã caindo, CC BY 3.0

Como encontrar a aceleração de queda livre de um planeta?

Para calcular a aceleração de queda livre de um planeta, usamos a fórmula discutida na seção abaixo-

g=GM/R²

Onde,

G é a constante gravitacional

R é o raio do planeta

M é a massa do planeta

Aceleração de queda livre na Terra

A aceleração da queda livre na Terra é denominada g ou aceleração da gravidade. O valor de g é calculado usando a fórmula discutida acima.

Depois de substituir os valores da massa da Terra e do raio da Terra na fórmula, obtemos a aceleração da gravidade na Terra como 9.8 m/s2.

A aceleração é sempre 0 em queda livre?

Sim. O objeto primeiro acelera até certo ponto e depois atinge uma velocidade constante. Essa velocidade é chamada de velocidade terminal.

A aceleração máxima que um objeto pode atingir é a aceleração de queda livre do objeto naquele planeta específico. Na Terra, o objeto em queda livre não pode exceder mais de 9.8 m/s2. Depois de atingir este valor de aceleração, os objetos atingirão uma velocidade constante chamada velocidade terminal.

O que é aceleração durante a queda livre?

Já discutimos sobre a aceleração atingida pelos objetos durante a queda livre. A aceleração é o resultado da força de tração da gravidade.

A gravidade puxa um objeto em direção à superfície do planeta. Isso ocorre porque a força gravitacional é atrativa por natureza e as massas atraem outras massas para seus centros. Na Terra, a aceleração durante a queda livre é g. O valor de g é 9.8 m/s2.

Exemplos de queda livre

A queda livre é algo muito comum que podemos observar em nossa vida cotidiana. A seção abaixo apresenta diferentes exemplos de queda livre.

• Skydiving– Quando vamos saltar de paraquedas, nossa velocidade vertical é zero. Apenas a componente horizontal da velocidade é diferente de zero. Depois de saltarmos do avião, nossa velocidade começa a aumentar na direção y negativa. Somos atraídos pelo solo devido à gravidade. Estamos em queda livre sob a influência da gravidade e nossa aceleração é igual a g, que é 9.8 m/s2.
• Pulando de um penhasco – Quando estamos na beira do penhasco e pulamos verticalmente para baixo (o mergulho cria uma trajetória parabólica), estamos em queda livre. Descemos com uma aceleração de 9.8 m/s2. o a resistência do ar é considerado insignificante. O fator de resistência do ar torna-se significativo ao lidar com objetos leves como penas e algodão. O efeito da gravidade é o mesmo para todos os objetos; em condições de vácuo, todos os objetos atingem o solo ao mesmo tempo.
• Armas caindo – Todos nós devemos ter visto os vídeos de sistemas de armas caindo de aviões de combate ou aeronaves. A alavanca é levantada e as portas da aeronave sob a superfície da fuselagem são abertas, devido a isso a arma começa a descer com uma aceleração de 9.8 m/s2. Inicialmente a velocidade vertical da arma é zero. A arma aumenta sua velocidade quando as portas são abertas e começa a descer.
• Soltando um objeto– A queda de um objeto é semelhante à queda de uma arma. A única condição necessária para que ocorra a queda livre é que a velocidade inicial seja zero e nenhuma outra força externa além da gravidade atue sobre o objeto. O objeto começa a descer a uma taxa de 9.8 m/s2.
• Telefone caindo do bolso – Quando um telefone está dentro do bolso, a velocidade vertical inicial do telefone é zero. O telefone ganha velocidade vertical apenas quando sai do bolso e começa a cair. Quando isso acontece, o telefone desce a uma taxa de 9.8 m/s2.
• Parafuso solto– Quando um parafuso é solto, ele tende a cair no chão. Quando está preso à porca a velocidade vertical é zero, assim que o parafuso escorrega e começa a cair o parafuso experimenta queda livre. O parafuso simplesmente começará a descer com uma aceleração de 9.8 m/s2.
• Cascata– Nas cachoeiras, a água cai da falésia em queda livre. A água desce a uma taxa de 9.8 m/s2. A trajetória exata da água é parabólica, mas podemos considerá-la em movimento de queda livre, pois a trajetória parabólica é insignificante.
• Caindo em um buraco– Quando estamos caminhando e de repente caímos em um buraco cavado para fins de manutenção, estamos em queda livre. A aceleração do nosso corpo passa a ser igual a 9.8 m/s2. Quanto maior for a profundidade do furo, maior será o tempo que teremos para atingir a velocidade terminal máxima e maior será a força de impacto.
• Primeira fase de foguetes– Quando os foguetes atingem uma determinada altitude, eles liberam massa indesejada de volta à Terra. O primeiro estágio dos foguetes contém a maior parte do propulsor e dos motores. O primeiro motor é separado do foguete e segue um movimento de queda livre. Os foguetes propulsores do primeiro estágio caem com uma aceleração de 9.8 m/s2.
• Segundo estágio de foguetes– Semelhante ao primeiro estágio, o segundo estágio também cai de volta à Terra. As razões para eles caírem de volta à Terra são as mesmas. O segundo estágio também é destacado de forma semelhante ao primeiro estágio. A taxa de aceleração com que o segundo estágio cai também é igual a 9.8 m/s2.
• Folhas secas caindo da árvore– Quando as folhas ficam secas, elas se desprendem do galho principal e caem no chão. Quando estão presos ao tronco ou galho, sua velocidade inicial é zero e estão em repouso. Quando se desprendem, caem devido à força da gravidade. Eles caem a uma taxa de 9.8 m/s2. As folhas podem balançar aqui e ali devido à resistência do ar quando a velocidade do vento é muito alta, mas o efeito da gravidade é o mesmo em todos os objetos, incluindo as folhas.
• Frutas caindo da árvore – Semelhante às folhas, os frutos também caem de forma semelhante. Newton se inspirou para estudar a gravidade em uma maçã que caiu em sua cabeça. A taxa de aceleração do fruto que cai da árvore também é igual a 9.8 m/s2. O fruto nunca sobe, mas cai apenas para baixo porque a gravidade atua no sentido descendente.

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