Queda Livre

Parece óbvio. Solte uma pedra e uma folha, e a pedra ganha sempre. Por quase 2.000 anos, as pessoas instruídas seguiram o filósofo grego Aristóteles, que ensinava que objetos mais pesados caem mais rápido, na proporção do peso. Uma pedra duas vezes mais pesada cairia duas vezes mais rápido.

Está errado. E descobrir por que está errado é uma das grandes histórias da ciência.

Galileu, por volta de 1600, tinha um argumento brilhante antes mesmo de fazer experimentos cuidadosos. Imagine que Aristóteles esteja certo e coisas pesadas caiam mais rápido. Agora amarre uma pedra pesada a uma leve com um barbante:

• A pedra leve cai mais devagar, então deveria segurar a pesada. O par cai mais devagar que a pedra pesada sozinha.
• Mas juntas elas são mais pesadas que a pedra pesada sozinha, então o par deveria cair mais rápido.

A mesma ideia prevê “mais devagar” e “mais rápido” — uma contradição. A única saída: o peso não muda a rapidez com que as coisas caem.

Perto da superfície da Terra, todo objeto em queda (sem contar o ar) ganha uns 9,8 m/s a cada segundo. Chamamos isso de aceleração da gravidade, $g$.

São só as equações da aceleração da aula anterior, com $v_0 = 0$ (solto, não arremessado) e $a = g$. A física reaproveita ideias o tempo todo — é isso que a torna aprendível.

Repare: em 2 segundos cai 4 vezes mais que em 1 segundo, e em 3 segundos 9 vezes mais. A distância cresce com o quadrado do tempo.

O ar empurra de volta tudo o que se move através dele — é a resistência do ar (ou arrasto). Ela cresce com a velocidade. Pode crescer até equilibrar a gravidade, e então o objeto para de acelerar. Essa velocidade máxima se chama velocidade terminal.

Uma pena tem massa minúscula mas uma superfície grande e fofa, então a resistência do ar equilibra o peso dela bem abaixo de 1 m/s. Um martelo é pesado e compacto, então o ar quase não importa até ele estar muito rápido. Essa é a única razão de eles caírem diferente na Terra.

Teste o que aprendeu