Questão de Física — Cinemática — CESPE / CEBRASPE 2023

Queda livre no vácuo

✅ CERTO. No vácuo, a única força que atua sobre os objetos é a força peso, o que resulta em uma aceleração constante igual à aceleração da gravidade ($g$), independentemente da massa ou da forma dos corpos; por isso, a pena e a bola de ferro atingem a base simultaneamente.

O experimento descrito é um exemplo clássico da física que demonstra a independência da aceleração da gravidade em relação à massa dos corpos em queda livre, na ausência de resistência do ar. Quando não há forças dissipativas (como o arrasto aerodinâmico), a equação do movimento para ambos os objetos, partindo do repouso, é dada por $h = \frac{1}{2}gt^2$. Como a altura ($h$) e a aceleração ($g$) são idênticas para ambos, o tempo de queda ($t$) também será o mesmo.

Análise da situação

• Figura I (com ar): A resistência do ar atua de forma muito mais significativa sobre a pena do que sobre a bola de ferro, devido à diferença de densidade e formato. Isso gera uma força de arrasto que se opõe ao movimento, reduzindo a aceleração resultante da pena e fazendo com que ela chegue ao solo depois da bola.

• Figura II (vácuo): A ausência de ar elimina a força de resistência. A única força atuante é a força gravitacional ($P = m \cdot g$). Pela segunda lei de Newton ($F = m \cdot a$), temos $m \cdot g = m \cdot a$, o que resulta em $a = g$. Como a aceleração é a mesma para qualquer massa, o tempo de queda é idêntico.

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Gabarito: Certo