A FÍSICA ONTEM E HOJE

PIBID Física 17ª EDIÇÃO

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QQUUEEDDAA LLIIVVRREE DDOOSS CCOORRPPOOSS [[PPÁÁGG 22]]

PPOORR QQUUEE AA LLUUAA NNÃÃOO CCAAII NNAA TTEERRRRAA [[PPÁÁGG 22 EE 33]]

GGAALLIILLEEUU EE OO PPLLAANNOO IINNCCLLIINNAADDOO [[PPÁÁGG 33 EE 44]]

QQUUEEDDAA DDOOSS CCOORRPPOOSS NNAA LLUUAA [[PPÁÁGG 44 EE 55]]

OO QQUUEE FFAAZZEERR QQUUAANNDDOO UUMM EELLEEVVAADDOORR DDEESSPPEENNCCAARR [[PPÁÁGG 55 EE 66]]

PPOORRQQUUEE OOSS GGAATTOOSS SSOOBBRREEVVIIVVEEMM AA GGRRAANNDDEESS QQUUEEDDAASS [[PPÁÁGG 66]]

OO CCOOLLAAPPSSOO EEMM QQUUEEDDAA LLIIVVRREE DDAA EESSTTRRUUTTUURRAA DDAASS TTOORRRREESS GGÊÊMMEEAASS [[PPÁÁGG 77]]

QQUUEEDDAA LLIIVVRREE AAPPLLIICCAADDAA ÀÀ RREEAALLIIDDAADDEE [[PPÁÁGG 88]]

AA QQUUEEDDAA LLIIVVRREE

QUEDA LIVRE DOS CORPOS

Há 300 anos a.C, Aristóteles disse que se doisobjetos fossem jogados de uma mesma altura, o maismassivo chegaria ao solo mais rápido. Como nada foiprovado cientificamente, essa hipótese, foi levada comoverdadeira por muito tempo. No século 17, GalileuGalilei, rebateu a hipótese de Aristóteles com umfamoso e lendário experimento que foi realizado emPisa na Itália.

O experimento consistiu em abandonar do alto daTorre de Pisa, várias vezes, dois objetos de massadiferente. Observando as quedas, viu-se que ao final domovimento os dois chegariam juntos ao chão.

Nesse experimento foi notado duas coisas, queo ar fazia com que o movimento de queda dosobjetos fosse retardado e que o mesmo sofria umaaceleração ao cair, que é a aceleração da gravidade.Ao compreender isso, viu-se que não era a massa,mas sim o formato do objeto que influenciava emsua queda. Quanto mais contato com o ar, maislenta era a sua queda.

Em lugares onde o ar é mais rraarreeffeeiittoo esseexperimento dará mais certo, pois a resistência aomovimento será menor, pois haverá menosmoléculas de oxigênio e outras substâncias quetemos em nosso ar.

O experimento de Galileu teve uma grandeza imensa para aciência, tanto que ao chegar na Lua, Dave Scott, astronauta presente namissão Apollo 15, realizada em 1971, refez o experimento para mostrarque Galileu estava correto. Pegou uma pena e um martelo e soltou daaltura do ombro, ambos ao mesmo tempo e viu que os corpos chegavamao solo juntos. Por conta da diferença da gravidade entre a Terra e aLua, os corpos caíram mais devagar na Lua do que na Terra.

POR QUE A LUA NÃO CAI NA TERRA

Muitos associam à Física as extensas fórmulas matemáticas e teoriasque desafiam o senso comum, porém, um dos objetivos principais dela éjustamente simplificar problemas muitas vezes envolvidos com cotidiano.Ela busca responder perguntas simples de serem feitas, mas não tãofacilmente respondidas, tais como por que o céu é azul ou como umgrande navio pode flutuar no mar.

Se uma pedra é largada do alto de um prédio ela cairá, o mesmoacontecerá com um paraquedista ao saltar de um avião. A Lua, porém,mesmo com seu tamanho extenso não cai na Terra. Por que isso

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acontece? As famosas leis de Newton, juntocom as trajetórias das parábolas estudadas emmatemática, podem explicar isso.

Quando um canhão lança uma bala, estadescreve uma trajetória parabólica no ar econsequentemente cai. O que aconteceria,porém, se um canhão muito potente estivessefora da atmosfera terrestre e lançasse um tiro?Dependendo da velocidade inicial da bala, elapoderia cair na Terra ou continuar orbitando-a.A Terra sempre atrairá a bala para seu centro,

de acordo com a lei de atração gravitacional de Newton, porém, porcausa da velocidade tangencial da bala, que precisa ser acima de umlimite estabelecido, a trajetória passa a ser uma circunferência, fazendocom que ela se mova para o lado.

GALILEU E O PLANO INCLINADO

PLANO INCLINADO DE GALILEU

Fascinado pelocomportamento e movimentodos corpos, Galileu se destacouem vários ramos da Física. Emuma de suas mais importantesdiscussões sobre o movimentouniformemente acelerado, eleconclui que a velocidadeaumenta em incrementos detempo. Com essa ideia emmente Galileu é levadodiscutir: “porque a velocidadedos corpos aumenta?”. Apartir dessa série deacontecimentos, tornando-se oprimeiro a definir um conceitopara aceleração.aceleração.

Galileu estava intrigado com o comportamento do corpo, mas aanálise de queda livre na época era complexa, afinal o intervalo dequeda é muito curto em pequenas alturas para ser perceptível a olhohumano. Portanto, Galileu ao invés de medir a velocidade em instantede tempo, passou a diminuir a aceleração usando os chamados planosinclinados.

O procedimento consistia em rolar esferas de metal em planos demadeira que chegavam a 8 metros de extensão. Esse procedimento tinhacomo objetivo descrever o tempo necessário para a descida. Com amútua repetição dessa experiência, Galileu percebe que o desvio padrãoem repetições em séries do mesmo procedimento era muito baixo, comisso passou a mudar a posição de lançamento da bola, a sua posição

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inicial, de forma que elapercorresse um quarto (¼) docomprimento total do plano.Com a medição do temponecessário para a descida, eleencontrou precisamente ametade do tempo da descidaanterior (o tempo total parapercorrer toda extenção doplano inclinado).

A partir desse observação,ele passa a comparar essesintervalos de deslocamento comintervalos cada vez menores

observando um certo padrão, ou seja, o espaço percorrido correspondiaaos quadrados do tempo, notando que tal afirmação perpetua a qualquerângulo de inclinação de um plano, até mesmo para ângulo de 90º(noventa graus). Estipulou que o movimento em queda livre de umcorpo solto, desprezando a força de resistência do ar, é considerado ummovimento uniformemente acelerado, em que o conceito de aceleração éequivalente para todos os corpos.

A QUEDA DOS CORPOS NA LUA

As descobertas científicas algumas vezes ocorrem de formasinusitadas. A penicilina, o primeiro antibiótico usado com sucesso,surgiu no acaso das atividades laboratoriais de um médicobacteriologista. Os cientistas, contudo, procuram seguir um método paravalidar seus estudos sem depender de situações inesperadas, o métodocientífico. Galileu Galilei foi o pioneiro na utilização deste método, queconsiste basicamente observar um determinado fenômeno, formularhipóteses sobre o mesmo e quando possível verificá-lasexperimentalmente. A última etapa é considerada fundamental, pois é apartir dela que as premissas das hipóteses serão fundamentadas oucontestadas.

DAVID SCOTT REALIZANDO O EXPERIMENTO DE GALILEU

Por muito tempo acreditou-se que se doiscorpos com massas diferentes são lançados deuma determinada altura o que possui maismassa chega ao chão primeiro. Para provaressa premissa realizaram essa façanha comalguns objetos e, a princípio, verificou-severdadeira. A questão é que se algumasmudanças nas condições do próprioexperimento são feitas o resultado não seráeste. Por exemplo, se os mesmos objetos foram

lançados no vácuo, ambos chegarão ao chão juntos, pois, a resistênciado ar não influencia o movimento. Atualmente, utilizando uma bomba

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de vácuo é fácil provar realizar este experimento com essas condições,porém na época de Galileu outros recursos foram usados.

O que aconteceria se um martelo e uma pena fossam largados,simultaneamente, de uma mesma altura na superfície lunar? Em 1971,na missão Apolo 15, o astronauta David Scott soltou a pena e o marteloe chegou ao mesmo resultado dos experimentos realizados no vácuo. Issoaconteceu pois, a atração gravitacional lunar é muito baixa secomparada com a terrestre e devido a isso não é suficiente para seguraruma camada de ar como a atmosfera terrestre. Sem atmosfera não háresistência do ar.

O QUE FAZER QUANDO UM ELEVADOR DESPENCAR

Entretanto, o que seria mais indelicado, eindesejável, é estar em um elevador quando omesmo estiver caindo. Atualmente, aprobabilidade de isso acontecer é muito baixa,principalmente devido às medidas e sistemas desegurança.

Elevadores são mais uma das invenções que facilitam muito nossodia a dia. Imagine subir do primeiro ao último andar de um edifício de100 metros de altura pelas escadas, isso seria inviável para muitaspessoas.

Caro leitor pense na possibilidade de vocêestar em uma situação como esta, o que você devefazer para aumentar suas chances desobrevivência? A forma como você se posicionará

dentro do elevador determinará quais são as possibilidades de continuarvivo. Primeiramente não tente pular ou se apegar a qualquer apoio, poisisso não ajudará. No momento da colisão seu corpo colidirá com a basedo elevador de qualquer forma. Não fique de pé em hipótese alguma. Aforça da colisão será muito grande e como apenas seus pés estarão emcontato com o chão a área de contato com a força será muito pequenafazendo com seus ossos da perna e da coluna sejam esmagados. O idealé que você fique deitado com as pernas abertas e protegendo a cabeçacom as mãos. Quanto maior a área decontado de seu corpo com a superfíciedo elevador, mais distribuída será aforça de impacto no momento dacolisão.Em Julho de 1945, no Empire StateBuilding, EUA, ocorreu um incêndio no78º e o 80º andar devido à colisão deum avião da Força Aérea com oedifício. Betty Lou Oliver sofreuvárias queimaduras e precisou serresgatada com urgência.

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As pessoas que a socorreram decidiram usar o próprio elevador doedifico, o que eles não esperavam era que os cabos estavam danificadospor causa da colisão. Algum tempo após eles entraram no elevador oscabos cederam. Muitos pensaram que as pessoas que estavam noelevador morreram, mas eles foram resgatados com ferimentos graves.Foi constatado que a posição de Betty e dos ocupantes do elevador,junto com um sistema de amortecimento, fez com os ocupantessobrevivessem.

POR QUE GATOS SOBREVIVEM A GRANDES QUEDAS

Gatos são animais incríveis,dóceis e exímios caçadores. Umfato curioso está relacionado àincrível capacidade deconseguirem virar suaestrutura dorsal em plenaqueda e cair de pé,necessitando de apenas 30cm para isso. Você deveestar se perguntando agoracomo eles conseguem fazeresse tipo de movimento.Isso ocorre devido àexistência de estruturasmuito sensíveis na regiãoauricular dos gatoschamadas de receptoresvestibulares, responsáveispelo seu equilíbrio. Quandoos gatos entram emposições desconfortáveis, háum aumento de pressão naregião auricular quefunciona como uma espéciede alarme mandando umestimulo para o sistemanervoso central, que por suavez, envia vários sinais elétricospara o aparelho locomotor dofelino, fazendo com que o gatovire, respectivamente, suacabeça e seu dorso retornandoassim a sua posição deequilíbrio. O risco de lesão emquedas do segundo ao sextoandar, para os gatos, chega aser maior do que em alturaselevadas, pois eles atingem sua

velocidade terminal. No entanto,em quedas superiores, o gatoatinge tal velocidade relaxandosua musculatura e

instintivamente alinhandosuas patas na horizontal.Essa posição faz com que aforça de arrasto aumente edesacelere o gato. Essa forçadepende de dois fatores: aárea ocupada e a rapidez docorpo. Quanto maior suarapidez maior será tambémo número de moléculas dear que entram em contatocom o corpo, porquanto aforça resultante diminuiráaté chegar a zero. Quando avelocidade de quedaaumenta, a força deresistência do ar tambémaumenta se opondo a forçagravitacional. Chega umdado instante de tempo emque essas forças se igualam,logo a força resultante será

zero e não haverá mais aceleraçãono objeto, alcançando a suavelocidade terminal. Se nomomento da queda o objetoocupa uma área maior, suavelocidade terminal acaba sendomenor, pois quanto maior a áreade contato com o ar, mais rápidoas forças de arrasto e peso seigualam, fazendo o impacto como solo ser menor.

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zero e não haverá mais aceleraçãono objeto, alcançando a suavelocidade terminal. Se nomomento da queda o objetoocupa uma área maior, suavelocidade terminal acaba sendomenor, pois quanto maior a áreade contato com o ar, mais rápidoas forças de arrasto e peso seigualam, fazendo o impacto como solo ser menor.

O COLAPSO EM QUEDA LIVRE DA ESTRUTURA DAS TORRES GÊMEAS

No dia 11 de setembro de 2001, às 08:45h em Nova York, a TorreNorte do World Trade Center fora atingida por um avião, 18 minutosdepois o mesmo aconteceu com a Torre Sul. Em ambas ocorreu umincêndio e aproximadamente às 10:00h da manhã a Torre Sul entrou emcolapso... quatro minutos depois o mesmo aconteceu com a TorreNorte. Porém, o mais curioso foi a maneira no qual essas torresdesabaram, pois ambas caíram em queda livre. Isso foi definido pelaFENA (Na época do ataque) como “efeito panqueca”. Todavia, por quemesmo com o grande impacto as torres não desabaram para o lado?Pois edifícios com mais de 60 metros de largura precisam se inclinarcerca de 30 metros para mover seu centro de gravidade, além disso, astorres (Como possuem estrutura com características de edifícios altos)foram projetadas para suportar ventos com a força de um furacão.

Então quais foram asprincipais causas da queda dastorres? Cada avião, que atingiu astorres, liberou mais de 35 mil litrosde combustível aeronáuticocausando um incêndio e a partirdisso foram desenvolvidos duasgrandes hipóteses quanto a essatragédia:

1) Que a Colisão e a liberação docombustível provocaram umincêndio que passou dos 800 °C ecomo o impacto do avião removeuo isolamento térmico dos pilaresdo edifício, a temperatura elevadaamoleceu a estrutura metálica que

envergaram sob a massa dos pilares superiores. Quando alguns dessespilares colapsaram, parte do andar de cima cedeu e mesmo que osandares de baixo não estivesse com a estrutura danificada foramesmagadas pelos andares de cima.2) Que a colisão e a liberação de combustível não foi suficiente paraamolecer a estrutura metálica, pois a fumaça o incêndio estava muitoturva e isso significa falta de oxigênio. Todavia o incêndio fez expandiras vigas de sustentação (treliças) de um ou mais andares e como elasestavam amarradas, só podiam se expandir envergando, o que puxoupara dentro os pilares de sustentação, fazendo os mesmos deixar desuportar o edifício que colapsou.

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QUEDA LIVRE APLICADA À REALIDADE

Como sabemos, para grandes construções é necessário que hajauma boa preparação do solo em que será realizada. Hoje, comtecnologias de ponta esse processo de preparar o solo está mais eficientee seguro. Para que os prédios tenham inúmeros andares e se mantenhamem equilíbrio é preciso que sua base seja firme, por isso várias estacassão usadas para esse fim.

Mas como estacas de grandes alturas e pesadas são fincadas naterra? Com o auxílio do bate-estacas tudo isso é possível. Mas o que éum bate-estacas? O bate-estacas é utilizado na construção civil para oaterramento de estacas de sustentação. Esse equipamento nada mais éque um martelo de queda, ou seja, ele consegue aterrar as estacassimplesmente pelo movimento de queda livre, podendo pesar de 600kg a7000kg. Agora imaginem o quanto de força esse martelo consegueexercer sobre uma estaca e o quanto de ruído consegue produzir.

Sabe-se que desde antigamente é utilizado esse tipo deequipamento, mas com força humana ou animal para levantar e depoissoltar o martelo. Atualmente com os avanços tecnológicos esse processoé todo mecanizado podendo ter martelos que funcionam a ar e a diesel,sendo o mais eficiente o martelo hidráulico, que gera menos poluição doar e sonora.

O funcionamento de um bate-estacas com o diesel é bem simples,basta uma injeção de óleo no circuito para que a torre levante omartelo e depois o solte, podendo deixá-lo cair apenas com a aceleraçãoda gravidade ou dependendo da situação, dando uma pequenaaceleração ao início do movimento. Eles também podem ser utilizadospara construções na água, tais como em pontes.

Agora podemos perceber que a Física não se restringe apenas àssalas de aula, mas em todo o nosso cotidiano.

BATE ESTACA

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GLOSSÁRIOFFEENNAA- Semelhante ao Inmetro no Brasil.

RRaarreeffeeiittoo- Se tornou menos denso ou espesso. Gás rarefeito com aextração de suas moléculas.

RReeggiiããoo aauurriiccuullaarr- Região do ouvido.

RReecceeppttoorreess vveessttiibbuullaarreess- Os receptores do sistema vestibular encontram-se na orelha interna, mais especificamente nos órgãos otolíticos (utrículoe sáculo) e nos canais semi-circulares. São responsáveis pelo equilíbrio.

VVeelloocciiddaaddee ttaannggeenncciiaall- Velocidade tangencial é adquirida quando umcorpo está em um movimento circular. A direção do vetor velocidade étangencial ao seu movimento.

VVeelloocciiddaaddee tteerrmmiinnaall- É a velocidade máxima que pode ser atingida porum objeto que se move através de um fluido (gás ou líquido) quandoestá sujeito a uma determinada aceleração. À medida que a velocidadedo objeto aumenta, aumenta também a intensidade das forças queresistem ao movimento. Atinge-se a velocidade terminal, quando asforças resistentes equilibrarem, exatamente, a força aplicada queoriginou a aceleração do objeto. A partir do momento em que a forçaresultante é nula, deixa de haver aceleração.