Compreender que os corpos caem com a mesma aceleração sob ação única da gravidade independente de suas massas ou formas.

         Movimento Uniformemente Variado e Aceleração da gravidade.

        Sugerimos que o professor inicie sua aula usando duas folhas de papel idênticas. Mostre as folhas para a turma e faça a seguinte pergunta: se deixarmos cair de uma mesma altura, e ao mesmo instante, dois objetos de mesma massa, eles cairão ao mesmo tempo ou um cairá primeiro? Olhando para as folhas os alunos serão tentados a responder que cairão juntos, mas independente da resposta, o professor deve pedir um tempo e prosseguir sua exposição.

         Em seguida, o professor deverá amassar uma das folhas com a mão até transformá-la numa bola e num ponto visível para toda turma fazer o teste. É bem provável que ao ver uma das folhas amassada alguém vai manifestar dizendo que a situação é diferente da primeira proposição, e realmente é, mas o professor, então deve moderar a turma e dizer que apenas observe com atenção a queda das folhas. Segurando as folhas, uma em cada mão, deixe-as caírem juntas de uma mesma altura, e para confirmar o resultado, não deixando dúvida, repetir o procedimento pelo menos por mais duas vezes, e em seguida abrir uma discussão com a turma procurando tirar uma conclusão, fazendo algumas perguntas relacionadas com o evento e encaminhando a resposta, como segue.

         Por que a folha aberta demora mais tempo para atingir o solo? Certamente vão responder que é por causa do ar.

         O professor então forma nova pergunta: na ausência do ar qual das folhas deveria cair primeiro, a folha amassada ou a folha aberta? Para provar que na ausência do ar dois objetos caem juntos, o professor pode realizar a seguinte demonstração cujo material é muito simples, de fácil obtenção.

         Pegue uma caixinha de fósforo ou um disco de madeira, podendo ser a madeira também no formato da caixinha. Recorte uma folha de papel de modo a obter um retângulo do mesmo tamanho da tampa da caixinha ou ligeiramente menor que o tamanho da caixinha, ou se for o disco de madeira recortar a folha no formato do disco.

         Primeiro colocando um em cada mão, soltá-los simultaneamente e observar a queda. A caixinha vai chegar ao solo primeiro que o pedaço de folha.

        Coloque agora o pedaço da folha sobre a caixinha ou disco tendo o cuidado de não deixar nenhum pontinho da folha fora da superfície da caixinha ou do disco. Segure o conjunto de modo que fique na horizontal e então os solta, deixando a caixinha ou o disco cair com a folha sobre sua superfície superior. O que observa? A folha e a caixinha ou o disco chegarão juntos no solo.

         Para ficar ainda mais evidente o fenômeno, o procedimento deve ser repetido deixando a folha sob a caixinha ou disco. Neste caso, o ar vai atuar na folha retirando-a da parte inferior da caixinha ou disco e consequentemente ela cairá por último.

         Após demonstração peça para a turma explicar: por que a folha cai junto com a caixinha se ela está livre na parte superior da caixinha? A resposta deverá ser: a  folha e a caixinha ou a folha e o disco vão chegar juntos ao solo, porque a caixinha ou o disco empurra o ar não deixando que este exerça força na folha. É como se a caixinha ou disco furasse o ar.

         Depois faça a seguinte pergunta: na ausência do ar, corpos leves e pesados, se abandonados de uma mesma altura, qual deles gastam mais tempo para atingir o solo? Por quê? Devem concluir que: corpos leves ou pesados de qualquer densidade, na ausência do ar, sob ação única da gravidade caem com mesma aceleração, que é a aceleração da gravidade.

         Um objeto caindo sob ação única de seu peso está em queda livre. O professor também deve falar do tubo de vácuo e aproveitar para falar de lançamento vertical. Poderá lembrar aos alunos que sendo a aceleração de queda, a aceleração da gravidade, então, para movimentos próximos do solo, estamos diante de um MRUV e as equações são as mesmas conhecidas do MUV, sendo a aceleração g, (aceleração da gravidade) e a distância corresponde à altura normalmente representada pela letra h.           Logo:  h = h_o + v_ot + at²/2     v = v_o + gt     v^₂ = v_o² + 2gh. Quanto ao sinal de g, o professor deve lembrar aos alunos que g é sempre de sentido para baixo, então, seu sinal depende da orientação da trajetória que é escolhida arbitrariamente segundo a conveniência do exercício a resolver.

         O professor pode orientar aos alunos através da Figura 01. O esquema A da Figura 01 é a representação da queda de um objeto, bolinha vermelha, abandonada de uma altura de 80 m. A trajetória foi orientada para baixo, por isso g, sentido para baixo, tem sinal positivo. A cada segundo de queda, está assinalado a posição da bolinha cujos valores são cotados de cima para baixo com origem no ponto em que a bolinha foi abandonada. O professor deve pedir aos alunos para conferir esses valores, calculando o valor de h para os instantes (t = 0, t = 1, t = 2, t = 3 e t = 4 segundos), para isso fazer g = 10 m/s². Como a bolinha foi abandonada sua velocidade inicial v_o é nula. A expressão para encontrar h, então será: h = gt²/2 ou h = 5t².

         No esquema B a bolinha foi lançada para cima com velocidade inicial igual v_o = 40 m/s. Foi escolhido o sentido para cima como positivo nesse caso g, sentido para baixo, terá sinal negativo. Também aqui a altura correspondente a cada instante t, foi cotada em metros. Peça mais uma vez aos alunos para conferir os valores de h cotados no esquema, correspondentes aos instantes t, igual a 1, 2, 3 e 4 segundos. Neste caso, a equação é: h = v_ot + gt²/2, então, h = 40t -5t².

        Sendo possível, a fim de enriquecer a aula e torná-la bastante agradável, o professor poderá apresentar alguns filmes para a turma. Sugerimos dois filmes disponíveis na internet. Um vídeo de apenas 7 minutos, mas bastante interessante e bem didático, cujo assunto é, queda livre e lançamento vertical, corresponde à primeira parte da aula 05 do Novo Telecurso (Física para o ensino médio); este vídeo está disponível na internet segundo o título e endereço a seguir:

   Novo Telecurso – Ensino Médio – Física – Aula 05 (1 de 2): 7 min

 http://www.youtube.com/watch?v=iXyPr4aC8Ic 

           Outro vídeo que é uma seqüência do anterior consiste na segunda parte da aula 05 de Física do Telecurso, também disponível na internet conforme título e endereço nas linhas abaixo:

   Novo Telecurso - Ensino Médio - Física - Aula 05 (2 de 2): 5 min e 49 s

 http://www.youtube.com/watch?v=ARFY_vLdAmc&feature=related 

        Sugerimos ao professor, que se for possível veja e repasse para os alunos um vídeo com apenas 48 segundos de duração, filmado na Lua pelos astronautas da Apollo XV, nele pode-se notar que uma pena e um martelo ao serem abandonados simultaneamente das mãos do astronauta, chegam ao solo no mesmo instante. O vídeo está disponível no endereço abaixo.

A queda livre de uma pena e um martelo na lua: 48 s

 http://www.youtube.com/watch?v=GN_-xYLeihc  

        Sugerimos que sejam elaborados exercícios para a turma resolver, sobre queda livre e lançamento vertical envolvendo velocidade, altura e tempo. Por exemplo:

        Um tijolo cai da laje do décimo sexto andar de um prédio em construção, a 45 metros do solo. Desprezando a resistência do ar sobre o tijolo e fazendo a aceleração da gravidade g igual a 10 m/s² quanto tempo ele permanecerá em queda até atingir o solo? Com que velocidade tocará o solo?

       Se uma bolinha de vidro for lançada na vertical para cima com velocidade de 20 m/s, quanto tempo levará para atingir o ponto mais alto? Que altura atingirá?