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Olá. Sou Lou Bloomfield. Bem-vindos ao curso
Como as Coisas Funcionam, da Universidade de Virginia.
Assunto de hoje: bolas em queda livre. Bolas em queda livre estão por toda parte.
Elas estão na maioria dos esportes, em muitos brinquedos, e até na Times Square
na noite de Ano Novo. Quando uma bola não estiver tocando nada,
quer você a tenha deixado cair ou a tenha chutado, é uma bola em queda livre,
e se move de acordo com a física de objetos em queda livre.
Uma bola em queda livre sofre a ação de apenas uma força: seu peso.
Isto é, a força exercida sobre a bola pela gravidade da Terra.
Falamos de forças de modo bastante geral até agora, mas nunca
identificamos uma força em especial. Então nossa primeira força específica é o peso;
o peso da bola. O peso vai ter um papel central neste episódio.
Se você não curte muito bolas em queda livre,
então você pode pensar em qualquer outra coisa que sofra apenas a ação de seu peso,
seja uma caneca de café em queda, ou um punhado de moedas, ou um coco caindo de uma palmeira.
No momento em que um objeto está por si só
exceto pela presen,a da gravidade, é um objeto em queda livre. E ele cai de acordo com
as regras de objetos em queda. A exceção digna de nota, ou ao menos
uma que me vem à mente agora, é uma folha de papel. Ela não cai do mesmo jeito que as outras coisas.
Isto é porque ela sofre a ação de uma segunda
força que não podemos ignorar, a resistência do ar.
A resistência do ar é um desses incômodos que tornam nossas vidas mais difíceis.
Por isso, durante este episódio, podemos ignorá-la.
Vamos deixá-la para outro episódio mais adiante.
Por enquanto, todos estes objetos que vão cair, sejam eles uma bola de basquete, uma de tênis,
uma de golfe... vamos ignorar a resistência do ar para elas,
e considerar apenas a influência de seu peso sobre seu movimento.
Quando você arremessar uma bola, você verá que há características recorrentes
em seu movimento. Por exemplo, se você deixar a bola cair a partir do repouso,
ela se moverá mais e mais rápido para baixo a cada segundo que passa.
Agora, a sua cabeça pode não estar muito certa de que a bola esteja ganhando rapidez,
mas seu instinto está. E eu vou mostrar isto, vou mostrar que você sabe isso.
Para tanto, preciso da ajuda de minha assistente, Katrina.
- Oi Katrina. - Oi.
Então, vou fazer Katrina colocar sua mão bem aqui na mesa,
ok? Mm-hm. Agora, vou deixar a bola cair
sobre a mão de Katrina. Primeiro, desta altura.
- Não dói. - Ok, nada mau;
não vamos ter que chamar a ambulância ainda.
Mas agora, vamos tentar de novo. É!
Obrigado, Katrina Então, como você pôde ver, Katrina
sabia que a bola tinha ganho bastante rapidez em sua trajetória
em direção à sua mão, porque teve bastante tempo para cair.
E de fato, ela cai mais e mais rápido a cada segundo que passa.
Então, melhor tirar a mão de baixo! Ela não queria que a mão estivesse ali
quando a bola chegasse. À medida que a bola desce mais e mais
rápido, isto quer dizer que está percorrendo distâncias cada vez maiores a cada segundo.
Então, sua altura diminui por diferenças cada vez maiores à medida que o tempo passa.
Mostrar isso a você vai envolver um pouco de trabalho, e vamos deixar isso
para mais tarde neste episódio. Como segundo exemplo, se você aremessar uma bola
diretamente para cima, ela sobe rapidamente no começo, mas vai cada vez mais devagar
à medida que sua altura aumenta. E você pode ver isto, somente olhando a bola bater na minha mão.
Ela vai rápido no começo, mas menos rápido,
e depois menos rápido ainda. E lá em cima, ela fica momentaneamente
parada. A bola sobe a um pico, onde
por um instante ela não se move, e depois cai como se tivesse partido do repouso.
É como se neste momento, quando estava parada, alguém a tivesse segurado,
e deixado cair. E ela cai, mais e mais rápido.
Então, neste episódio, vamos olhar para a queda a partir do repouso.
Vamos olhar a subida até o pico de altura, e depois a queda, que acontece essencialmente
do repouso. Também vamos ver o que acontece quando
você não joga a bola diretamente para cima mas, ao invés disso, a arremessa com um certo ângulo;
uma bola arremessada como na maioria dos esportes. À medida que explorarmos o comportamento de bolas em
queda, veremos em detalhe a conexão entre peso e ***,
duas grandezas físicas fundamentalmente diferentes, que estão relacionadas uma à outra de modo interessante,
e que trabalham em conjunto para nos dar
o movimento de bolas em queda livre. Além disso, bolas em queda são um exemplo fantástico
das leis de movimento que eu introduzi no episódio sobre o skate.
Elas são um exemplo simples, mas muito elegante, e um bom ponto de partida para caminharmos
para o entendimento sobre objetos mais complicados, que examinaremos à medida que forms vendo como funcionam as coisas.
Neste ponto, vou fazer uma pergunta.
Não vou respondê-la ainda, mas quero que você a mantenha em mente à medida
que prosseguir neste episódio. Se eu pegar uma bola e jogá-la para cima,
diretamente para cima, durante o tempo que ela estiver acima da minha mão, sem tocar nela,
e subindo, há alguma força empurrando a bola para cima? Você deve desprezar
qualquer efeito de resistência do ar, ao pensar nesta questão.
Portanto, assim que a bola estiver em seu caminho para cima, sem tocar minha mão, há
alguma força para cima atuando sobre a bola? Para nos guiar através da ciência de bolas
em queda livre, vamos examinar as seis questões a seguir.
Por que quando deixamos uma bola cair, ela vai para baixo? De que maneiras bolas diferentes caem?
Como uma bola cairia na Lua? Como é que uma bola em queda se move depois
de a deixarmos cair? Como pode uma bola se mover para cima e ainda estar em queda?
Como o movimento horizontal de uma bola afeta sua queda? Há uma sequência em vídeo para cada uma destas seis questões
para cada uma destas seis questões, e um vídeo de resumo no final.
Vamos, então, à primeira questão.