O que é movimento de queda livre?
O movimento de queda livre é o movimento de um objeto apenas sob a força da gravidade. Se qualquer outra força estiver afetando o objeto, não é considerada queda livre.
Antes de falarmos sobre esse movimento em mais detalhes, vamos examinar alguns termos-chave que você deve saber para entender esta lição. O deslocamento , também conhecido como posição, é onde você está localizado em relação à origem (geralmente, onde você começou). Velocidade é o quão rápido você está se movendo em uma determinada direção, ou em outras palavras, é a taxa na qual seu deslocamento está mudando. E a aceleração é a rapidez com que sua velocidade está mudando. Se sua velocidade for constante, sua aceleração é zero, mas se você está acelerando ou diminuindo a velocidade, você está acelerando. Uma aceleração de 4 metros por segundo ao quadrado significa que sua velocidade está mudando em 4 metros por segundo a cada segundo.
Quando um objeto cai sob a gravidade, ele acelera a uma taxa de 9,8 metros por segundo ao quadrado, em média, na superfície da Terra. Não importa se o objeto é enorme ou minúsculo, pesado ou leve. Todos os objetos em queda livre na Terra caem na mesma taxa. Esse número é chamado de aceleração da gravidade e varia de acordo com sua posição em relação ao centro da Terra. Ele fica um pouco mais fraco à medida que você se afasta, mas não tanto. Mesmo na estação espacial internacional, a gravidade é quase tão forte, cerca de 8,7 metros por segundo ao quadrado.
Alguns físicos definiriam o movimento em queda livre como o movimento naquela aceleração específica. Quando você faz isso, significa que até mesmo jogar uma bola para cima é uma queda livre. Depois de deixar sua mão, sua velocidade pode ser para cima, mas ainda tem uma aceleração de 9,8 metros por segundo ao quadrado para baixo. É por isso que ele desacelera, para e cai de volta na Terra.
Gráficos de deslocamento
Os gráficos do movimento de queda livre são realmente importantes. Eles têm sempre a mesma forma (contanto que ignoremos a resistência do ar) e são bastante distintos. Existem dois conjuntos principais de gráficos: gráficos para um objeto que foi derrubado, caindo na Terra, e gráficos para um objeto que foi lançado para cima. Para esta lição, vamos combinar os dois juntos. Vamos falar sobre os gráficos de um objeto lançado para cima que depois cai de volta para a Terra. Se você pode desenhar um gráfico para este movimento completo, você pode desenhar um gráfico para qualquer coisa.
Os três gráficos mais úteis para descrever o movimento são os gráficos de tempo de deslocamento, tempo de velocidade e tempo de aceleração. Portanto, vamos examinar cada um deles.
Um gráfico de deslocamento-tempo do movimento ficaria assim:
 |
É uma curva porque o objeto está acelerando; está mudando a velocidade. Ele começa a ficar super rápido ao deixar sua mão, então a posição muda rapidamente. Em seguida, ele para no topo de seu movimento por um instante. Finalmente, ele cai de volta, lentamente no início, mas ficando cada vez mais rápido. Este gráfico é perfeitamente simétrico, o que lhe diz que quando ele volta para sua mão, ele está indo tão rápido quanto quando você o jogou.
Gráficos de velocidade
Um gráfico de velocidade-tempo do movimento ficaria assim:
 |
Como o objeto está se movendo para cima no início, a velocidade começa como positiva (para cima é normalmente chamado de positivo). Ele atinge uma velocidade de zero no topo de seu caminho por um momento; é quando a linha cruza o eixo x. Então, conforme ele cai de volta, sua velocidade é negativa. A velocidade muda de forma consistente porque a aceleração é constante.
Outra maneira de pensar sobre esse gráfico é que ele representa a inclinação do gráfico do tempo de deslocamento. A inclinação do gráfico de deslocamento começa positiva e íngreme, nivela até zero e então se torna negativa e íngreme. A velocidade, portanto, começa positiva, diminui para zero e então se torna negativa.
Gráficos de aceleração
Um gráfico de tempo de aceleração do movimento ficaria assim:
 |
Bem simples; apenas uma aceleração constante negativa de 9,8 metros por segundo ao quadrado. É negativo porque a gravidade atua para baixo (a aceleração é apontada para baixo). Novamente, isso pode ser visto como a inclinação do gráfico velocidade-tempo. Esse gráfico tinha uma inclinação negativa constante. Portanto, temos uma aceleração negativa constante.
Se você alguma vez precisar de gráficos para um objeto que caiu e está simplesmente caindo, tudo o que você precisa fazer é desenhar apenas a segunda metade dos gráficos. E é isso; isso é tudo que você precisa saber sobre os gráficos do movimento de queda livre.
Resumo da lição
O movimento de queda livre é o movimento de um objeto apenas sob a força da gravidade. Se qualquer outra força estiver afetando o objeto, não é considerada queda livre. Quando um objeto cai sob a gravidade, ele acelera a uma taxa de 9,8 metros por segundo ao quadrado, em média, na superfície da Terra. Não importa se o objeto é enorme ou minúsculo, pesado ou leve. Os gráficos do movimento de queda livre de um objeto lançado para cima, desde o momento em que é liberado até o momento em que retorna para sua mão, são assim:
 |
A inclinação do gráfico de tempo de deslocamento fornece a velocidade e a inclinação do gráfico de tempo de velocidade fornece a aceleração.