Galileo Galilei e sua lei de queda livre - Ciência - 2023

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o lei da queda livre de Galileu Galilei estabelece que a distância percorrida por um corpo que se solta livremente de uma certa altura, é proporcional ao quadrado do tempo necessário para percorrê-lo.

E como o tempo depende apenas da altura, todos os corpos atingem o solo ao mesmo tempo, independente de sua massa, quando caídos da mesma altura.

Galileu, um dos cientistas mais brilhantes de todos os tempos, nasceu na cidade italiana de Pisa em 1564.

Naquela época, as crenças aristotélicas sobre a natureza do movimento eram compartilhadas pela maioria da comunidade científica. Aristóteles (384-322 aC) foi um notável pensador grego antigo, que incorporou suas crenças sobre a ciência nas 200 obras que se acredita ter escrito em toda a sua vida.


Apenas 31 dessas obras sobreviveram até hoje, e nelas o filósofo grego explicou sua visão da natureza, que é conhecida como Física aristotélica. Um de seus postulados é o seguinte: quando dois corpos caem da mesma altura, o mais pesado sempre atinge o solo primeiro.

Galileu testou essa crença de longa data e, assim, deu início ao desenvolvimento da ciência experimental, uma revolução que levou a humanidade a dar seus primeiros passos fora da Terra e expandiu o universo conhecido a um tamanho insuspeitado.

Experimentos de Galileu

Hoje somos ensinados que todos os objetos, independentemente de sua massa, alcançam o solo ao mesmo tempo quando são lançados de uma certa altura. Isso porque todos, sem exceção, se movem com a mesma aceleração: a da gravidade. Claro, desde que a resistência do ar seja desprezada.


Podemos verificar isso derrubando simultaneamente um objeto pesado e um leve da mesma altura, por exemplo uma pedra e uma folha de papel amassada, e veremos como eles atingem o solo ao mesmo tempo.

Galileo na torre de Pisa

Galileu estava determinado a testar as crenças aristotélicas por meio de experimentação cuidadosa e desenvolvimento matemático. A lenda afirma que ele deixou cair objetos do topo da famosa Torre Inclinada de Pisa, medindo o tempo que levou para cada um cair.

É questionável que Galileu tenha escalado expressamente o topo da torre para esse fim, já que em qualquer caso a medição precisa de um tempo tão curto - aproximadamente 3,4 s - com os relógios do tempo não foi possível.

Mas é dito que em uma ocasião Galileu reuniu muitas pessoas ao pé da torre para verificar por si mesmos que, de fato, dois corpos de massas diferentes estavam alcançando o solo ao mesmo tempo.


No entanto, o físico italiano registrou em seus livros outros experimentos para estudar o movimento e, assim, descobrir como as coisas se movem.

Entre eles estão os do pêndulo simples, que consiste em pendurar uma massa em uma corda de luz e deixá-la oscilar e até mesmo alguns em que tentou medir a velocidade da luz (sem sucesso).

O pêndulo truncado

Entre os muitos experimentos de Galileu estava aquele em que ele usava um pêndulo, ao qual cravou um prego em algum lugar entre o início do movimento e a posição mais baixa.

Com isso, pretendia truncar o pêndulo, ou seja, encurtá-lo. Assim que o pêndulo atinge o prego, ele retorna ao ponto inicial, o que significa que a velocidade do pêndulo depende apenas da altura da qual foi liberado, e não da massa pendurada no pêndulo.

Este experimento o inspirou para o próximo, um dos mais notáveis ​​realizados pelo grande físico e pelo qual ele estabeleceu os princípios da cinemática.

Experimentos de plano inclinado

O experimento que levou Galileu a formular a lei da queda livre foi o do plano inclinado, no qual ele deixou que esferas de chumbo rolassem de diferentes alturas e com diferentes inclinações. Ele também tentou impulsionar as esferas para cima e medir a altura que alcançavam.

Assim, ele mostrou que todos os corpos caem com a mesma aceleração, desde que o atrito não intervenha. Esta é uma situação ideal, pois o atrito nunca desaparece completamente. No entanto, um plano inclinado de madeira polida é uma boa aproximação.

Por que Galileu decidiu usar um plano inclinado se queria ver como os corpos caíam?

Muito simples: porque não havia relógios adequados para medir com precisão o tempo de queda. Então ele teve uma ideia brilhante: desacelerar aquela queda, "suavizando" a gravidade por meio de um dispositivo.

Etapas do experimento

Galileu realizou a seguinte sequência e a repetiu "cerca de cem vezes" para ter certeza, como ele declarou em seu livro Diálogos sobre duas novas ciências:

-Ele pegou um avião de madeira polida com cerca de 7 m de comprimento, que havia encomendado a um carpinteiro, e colocou-o em um certo ângulo de inclinação não muito grande.

-Ele deixou uma esfera rolar morro abaixo a uma certa distância.

-Ele mediu o tempo de viagem.

Ele repetiu o acima com inclinações crescentes.

Observações de Galileu

Galileu observou que, independentemente do ângulo de inclinação:

-A velocidade da esfera aumentou a uma taxa constante -a aceleração-.

-A distância percorrida foi proporcional ao quadrado do tempo gasto.

E concluiu que isso seria verdade se a rampa fosse vertical, o que certamente equivale a uma queda livre.

Fórmula

Se d é a distância e t é o tempo, a observação de Galileu, em forma matemática, pode ser resumida como:

d ∝ t2

Hoje sabemos que a constante de proporcionalidade necessária para estabelecer a igualdade é ½ g, onde g é o valor da aceleração da gravidade, para obter:

d = ½ gt2

O valor aceito de g hoje é 9,81 m / s2.

Dois planos inclinados frente a frente

Galileu não apenas deixou as esferas rolarem para baixo no plano, mas também enfrentou dois planos inclinados para ver o quão longe uma esfera podia deslizar.

E ele descobriu que a esfera conseguiu subir até a mesma altura de onde começou. Em seguida, o ângulo de inclinação do segundo plano diminuiu, conforme mostrado na figura abaixo, até ficar totalmente horizontal.

Em todos os casos, a esfera atingiu uma altura semelhante à da partida. E quando o segundo plano virou horizontal, a esfera poderia se mover indefinidamente, a menos que o atrito diminuísse aos poucos.

Contribuições dos experimentos de Galileu

Galileu é considerado, junto com Isaac Newton, o pai da Física. Estas são algumas das contribuições de seus experimentos para a ciência:

-O conceito de aceleração, fundamental no estudo da cinemática dos corpos, Galileu lançou assim as bases do movimento acelerado, e com ele as da Mecânica, que Isaac Newton posteriormente reforçaria com as suas três leis.

-Ele também destacou a importância da força de atrito, uma força que Aristóteles nunca havia considerado.

-Galileo mostrou que a ação contínua de uma força não é necessária para manter o movimento de um corpo, já que na ausência de atrito a esfera continua a se mover indefinidamente na superfície do plano.

Referências

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  2. Hewitt, Paul. 2012. Ciência Física Conceitual. 5 ª. Ed. Pearson.
  3. Kirkpatrick, L. 2010. Physics: A Conceptual World View. 7º. Edição. Cengage.
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