AL 1.1 Queda livre: força gravítica e aceleração da gravidade

 

Objetivo geral: Determinar a aceleração da gravidade num movimento de queda livre e verificar se depende da massa dos corpos.

 

Metas transversais

Aprendizagem do tipo processual:

  • Identificar material e equipamento de laboratório e manuseá-lo corretamente, respeitando regras de segurança e instruções recebidas.
  • Selecionar material de laboratório adequado a um trabalho laboratorial.
  • Construir uma montagem laboratorial a partir de um esquema ou de uma descrição.
  • Executar corretamente técnicas laboratoriais.
  • Identificar aparelhos de medida, analógicos e digitais, o seu intervalo de funcionamento e a respetiva incerteza de leitura.
  • Efetuar medições utilizando material de laboratório analógico, digital ou de aquisição automática de dados.
  • Representar um conjunto de medidas experimentais em tabela, associando-lhes as respetivas incertezas de leitura dos aparelhos de medida utilizados.

 

Aprendizagem do tipo conceptual:

  • Identificar o objetivo de um trabalho prático.
  • Identificar o referencial teórico no qual se baseia o procedimento utilizado num trabalho prático, incluindo regras de segurança específicas.
  • Descrever  o procedimento que permite dar resposta ao objetivo de um trabalho prático.
  • Conceber  uma tabela de registo de dados adequada ao procedimento.
  • Representar esquemas de montagens.
  • Utilizar regras de contagem de algarismos significativos.
  • Distinguir erros aleatórios de erros sistemáticos.
  • Indicar a medida de uma grandeza numa única medição direta, atendendo à incerteza experimental associada à leitura no aparelho de medida.
  • Indicar a medida de uma grandeza quando há um conjunto de medições diretas, efetuadas nas mesmas condições, tomando como valor mais provável o valor médio.
  • Calcular a incerteza absoluta do valor mais provável de um conjunto de medições diretas (o maior dos desvios absolutos), assim como a incerteza relativa em percentagem (desvio percentual), e indicar a medida da grandeza.
  • Associar a precisão das medidas à sua maior ou menor dispersão, quando há um conjunto de medições diretas, e aos erros aleatórios.
  • Determinar o erro percentual associado a um resultado experimental quando há um valor de referência.
  • Associar a exatidão de um resultado à maior ou menor proximidade a um valor de referência e aos erros sistemáticos, relacionando-a com o erro percentual.
  • Identificar erros que permitam justificar a baixa precisão das medidas ou a baixa exatidão do resultado.
  • Avaliar a credibilidade de um resultado experimental, confrontando-o com previsões do modelo teórico, e discutir os seus limites de validade.

 

Metas específicas

  • Medir tempos e determinar velocidades num movimento de queda;
  • Fundamentar o procedimento da determinação de uma velocidade com uma célula fotelétrica.
  • Determinar a aceleração num movimento de queda (medição indireta), a partir da definição de aceleração média e compará-la com o valor tabelado para a aceleração da gravidade;
  • Avaliar a exatidão do resultado e calcular o erro percentual, supondo uma queda livre.
  • Concluir que, na queda livre, corpos com massas diferentes experimentam a mesma aceleração.

 

Sugestão de respostas às questões pré-laboratoriais

 

1.  Quando sobre um corpo atua apenas a força gravítica, diz-se que o corpo está em queda livre.

Relativamente à queda de uma esfera e considerando desprezável a resistência do ar:

1.1.  apresente um esquema onde possam estar representadas as grandezas vetoriais força gravítica, velocidade e aceleração, no instante inicial e imediatamente antes do embate no solo.

  

1.2.  classifique o movimento de queda da esfera.

1.3.  preveja se, numa queda livre, o valor da aceleração depende da massa da esfera.

 

1ª Versão

 

Registos efetuados

 

 

Exploração de resultados

 

 

Análise de resultados

Com o material e o equipamento sugeridos e uma utilização correta dos mesmos, é possível atingir as metas propostas na atividade.

Os resultados obtidos aproximam-se das previsões teóricas. Com efeito, não só se obteve um valor experimental para a aceleração da gravidade bastante aceitável, g = 10,1 m s2 ± 3%, como se pode comprovar que, na queda livre, corpos com massas diferentes experimentam a mesma aceleração.

Nesta atividade, uma possível causa de erro, para além de se desprezar a resistência do ar, poderá estar associada à determinação do tempo de passagem no digitímetro. Nem sempre o objeto em queda interrompe o feixe de luz pela sua dimensão máxima. A utilização de um tubo verticalmente alinhado com a célula fotoelétrica poderá contribuir para minimizar este problema. O tubo deverá estar inicialmente tapado na extremidade inferior por uma régua, removida no momento da queda, garantindo desta forma, não só que o objeto cai na vertical pretendida como cai sempre da mesma altura.

 

Sugestão de respostas às questões pós-laboratoriais

1. Indique, justificando, em que condições o valor da velocidade obtido com a célula fotoelétrica pode ser calculado usando a expressão

2. Compare o valor da aceleração da gravidade na queda livre de diferentes objetos.

3. Mostre que a aceleração da gravidade não depende da massa dos corpos em queda livre.

4. Em três ensaios, realizados nas mesmas condições, um grupo de alunos determinou o valor da aceleração da gravidade, g. Os resultados encontram-se registados na tabela seguinte.

Obtenha o resultado da medição da aceleração da gravidade.

Exprima esse resultado em função do valor mais provável e da incerteza absoluta. Apresente todas as etapas de resolução.

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