Galileu Galilei e sua lei de outono livre

O Lei de outono livre de Galileu Galilei estabelece que a distância percorrida por um corpo que é liberado livremente de uma certa altura é proporcional ao quadrado do tempo gasto para viajar.

E como o tempo depende apenas da altura, todos os corpos atingem o solo ao mesmo tempo, independentemente de sua massa, quando são retirados da mesma altura.

Galileu, um dos cientistas mais brilhantes de todos os tempos, nasceu na cidade italiana de Pisa em 1564.

Naquela época, as crenças aristotélicas sobre a natureza do movimento foram compartilhadas pela maioria da comunidade científica. Aristóteles (384-322 A.C.) Ele era um pensador notável da Grécia antiga, que refletiu suas crenças sobre a ciência nos 200 trabalhos que ele acredita que escreveu ao longo de sua vida.

Apenas 31 desses trabalhos chegaram até hoje, e neles o filósofo grego explicou sua visão da natureza, que é conhecida como Física Aristotélica. Um de seus postulados é o seguinte: quando dois corpos são deixados cair da mesma altura, o mais pesado sempre atinge o chão primeiro.

Aristóteles proclamou que os objetos mais pesados ​​chegaram primeiro ao chão, mas Galileu mostrou que não é assim. Fonte: Wikimedia Commons.

Galileu testou essa crença arraigada e, com ela, começou o desenvolvimento da ciência baseado na experimentação, uma revolução que levou a humanidade a dar seus primeiros passos fora da terra e expandiu o universo conhecido por um tamanho não suspeito.

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Experimentos de Galileu

Retrato de Galileu Galilei

Atualmente, eles nos ensinam que todos os objetos, independentemente de sua massa, chegam ao solo ao mesmo tempo em que eles os deixam de uma certa altura. Isso ocorre porque todo mundo sem exceção se move com a mesma aceleração: a de gravidade. Claro, desde que a resistência do ar seja desprezada.

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Podemos vê -lo cair simultaneamente e da mesma altura um objeto pesado e leve, por exemplo, uma pedra e uma folha de papel enrugado, e veremos como eles alcançam o solo ao mesmo tempo.

Quando objetos não têm atrito de ar ao mesmo tempo

Galileu na Torre de Pisa

Galileu estava determinado a testar as crenças aristotélicas por meio de cuidadosamente experimentação e desenvolvimento matemático. A lenda afirma que abandonou objetos do topo da famosa torre inclinada de Pisa, medindo o tempo que levou para cair para cada um.

É questionável que Galileu tenha enviado expressamente no topo da torre para esse fim, pois, em qualquer caso.4 S- com os relógios da época não era possível.

Mas diz -se que, em uma ocasião, Galileu reuniu muitas pessoas no pé da torre para verificar por si mesmas, com efeito, dois corpos diferentes de massas chegaram ao solo ao mesmo tempo.

No entanto, o físico italiano registra em seus livros de outros experimentos para estudar o movimento e, assim, descobrir como as coisas se movem.

Entre eles estão os do pêndulo simples, que consiste em pendurar uma massa de uma corda leve e deixá -la oscilada e até alguns nos quais ele tentou medir a velocidade da luz (sem sucesso).

O pêndulo truncado

Entre os muitos experimentos de Galileu, havia aquele em que ele usou um pêndulo, ao qual colocou um cravo em algum ponto intermediário entre o início do movimento e a posição mais baixa.

Com isso, ele pretendia truncar o pêndulo, isto é, encurtar -o. Quando o pêndulo atinge o prego, ele é devolvido ao ponto inicial, o que significa que a velocidade do pêndulo depende apenas da altura da qual foi liberado, e não da massa que pendurou do pêndulo.

Este experimento inspirou o próximo, um dos mais notáveis ​​que o grande físico fez e através do qual ele estabeleceu os princípios da cinemática.

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Experimentos com o avião inclinado

O experimento que levou Galileu à formulação da Lei da queda livre foi a do plano inclinado, no qual ele deixou as esferas de chumbo de diferentes alturas e com diferentes inclinações. Ele também provou aumentar as esferas para subir e medir a altura que chegaram.

Assim, ele mostrou que todos os corpos caem com a mesma aceleração, desde que o atrito não intervenha. Esta é uma situação ideal, já que o atrito nunca desaparece completamente. No entanto, um plano de madeira polida inclinado constitui uma boa abordagem.

Por que Galileu decidiu usar um plano inclinado se o que ele queria era ver como os corpos caíram?

Muito simples: porque não havia relógios apropriados para medir com precisão o tempo de outono. Então ele teve uma ocorrência brilhante: para tornar isso mais lento, "amolecendo" a gravidade através de um dispositivo.

Etapas do experimento

Galileu realizou a seguinte sequência e a repetiu "cerca de cem vezes" para ter certeza, ele disse em seu livro Diálogos sobre duas novas ciências:

-Ele pegou um avião de madeira puxado com cerca de 7 m de comprimento, que havia encomendado um carpinteiro, e colocou -o com um certo ângulo de inclinação não muito grande.

-Ele decepcionou uma esfera a uma certa distância.

-Eu medi o tempo de viagem.

-Repetiu o exposto com inclinações crescentes.

Observações de Galileu

Galileu observou que, independentemente do ângulo de inclinação:

-A velocidade da esfera aumentou a uma taxa constante de aceleração-.

-A distância percorrida era proporcional ao quadrado do tempo usado.

E ele concluiu que isso também seria cumprido se a rampa fosse vertical, o que certamente equivale a uma queda livre.

Fórmula

Se D é a distância e T é o tempo, a observação de Galileu, em forma matemática, pode ser resumida em:

d ∝ t²

Hoje sabemos que a constante de proporcionalidade necessária para estabelecer a igualdade é ½ g, onde g é o valor da aceleração da gravidade, para obter:

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D = ½ gt²

O valor de G aceito hoje é 9.81 m/s².

Dois aviões inclinados enfrentados

Galileu não apenas deixou as esferas ladeira abaixo pelo avião, mas também enfrentou dois aviões inclinados para ver até que ponto uma esfera que restava para deslizar.

E ele descobriu que a esfera conseguiu subir para a mesma altura da qual ele saiu. Então o ângulo de inclinação do fundo estava diminuindo, como mostrado na figura inferior, até que fosse completamente horizontal.

Se não houver atrito, a esfera se move indefinidamente. Fonte: Wikimedia Commons.

Em todos os casos, a esfera atingiu uma altura semelhante à partida. E quando o fundo se tornou horizontal, a esfera poderia se mover indefinidamente, a menos que o atrito tenha parado lentamente.

Contribuições dos experimentos de Galileu

Galileu é considerado, juntamente com Isaac Newton, o pai da física. Essas são algumas das contribuições para a ciência de seus experimentos:

-O conceito de aceleração, fundamental no estudo da cinemática dos corpos, dessa maneira, Galileu lançou os fundamentos do movimento acelerado e, com ele, os mecânicos, que posteriormente fortaleceriam Isaac Newton com suas três leis.

-Ele também destacou a importância da força de atrito, uma força que Aristóteles nunca considerou.

-Galileu mostrou que a ação contínua de uma força para manter o movimento de um corpo não é necessária, uma vez que, na ausência de atrito, a esfera continua se movendo indefinidamente pela superfície do plano do plano.

Referências

1. Álvarez, J. eu. O fenômeno da queda dos corpos. Revista de física mexicana. Recuperado de: Scielo.org.
2. Hewitt, Paul. 2012. Ciência física conceitual. 5 ª. Ed. Pearson.
3. Kirkpatrick, l. 2010. Física: uma visão conceitual do mundo. 7º. Edição. Cengage.
4. Meléndez, r. 2020. O experimento que Galileu fez. Recuperado de: Elbierzodigital.com.
5. Pérez, J. 2015. Experimentos com bolas e planos inclinados. Recuperado de: culturacientifica.com.
6. Ponce, c. 2016. Galileu Galilei e sua lei de outono livre. Recuperado de: BestiariAtopologico.Blogspot.com.