Peso
Todo corpo cria em torno de si um campo de forças chamado campo gravitacional.
O campo gravitacional se torna relevante se a massa do corpo for muito grande como a massa do Sol, dos planetas ou da Lua.
Assim, qualquer corpo nas proximidades da Terra é atraído pelo nosso planeta por uma força gravitacional que traduz o seu peso.
É famosa a história da maçã de Isaac Newton: observando a queda da fruta, Newton imaginou que a força que fazia a maçã cair (peso da maçã) deveria ser da mesma natureza da força que fazia a Lua gravitar em torno da Terra.
A partir das medidas a respeito da queda livre dos corpos e da órbita lunar em torno da Terra, Newton conseguiu formular a famosa lei da gravitação universal que se tornou um dos pilares da Física Newtoniana, ensinando como ocorre a atração entre duas massas:
F = intensidade da força gravitacional entre os corpos A e B
M = massa do corpo A
m = massa do corpo B
d = distância entre A e B
G = constante universal (tem o mesmo valor em todo o Universo).
1. Experiência de Galileu
Foi Galileu quem, pela primeira vez, estudou corretamente a queda livre dos corpos. Suas experiências foram feitas através de quedas no ar e os estudos foram extrapolados para a queda no vácuo (espaço vazio; ausência de matéria).
Segundo comprovou Galileu:
A experiência de Galileu nos ensina que a aceleração de queda livre é a mesma para todos os corpos, não importando a massa, tamanho, forma ou densidade do corpo.
Entende-se por “queda livre" uma queda pela ação da gravidade (e desprezando-se o efeito do ar), isto é, uma queda gravitacional no vácuo.
A aceleração de queda livre, que é a mesma para todos os corpos, é denominada aceleração da gravidade e, nas proximidades da Terra, tem valor praticamente constante e assumido como 9,8m/s2, denominado gravidade normal.
Na realidade, a aceleração da gravidade varia com a altitude e com a latitude; o valor citado refere-se ao nível do mar e a uma latitude de 45°.
A experiência de Galileu pode ser feita analisando-se a queda de uma bola de chumbo e de uma pluma em câmaras de vácuo (tubos de onde se procura retirar todo o ar), porém, sempre de modo aproximado, dada a inexistência de vácuo perfeito.
A aceleração de queda livre na Lua é, aproximadamente, seis vezes menor do que na Terra, isto é, da ordem de 1,6m/s2.
2. Peso de um corpo
É muito importante não confundir os conceitos de massa e peso de um corpo.
A massa (m) é uma grandeza característica do corpo, que mede a sua inércia, e sua unidade, no SI, é o quilograma (kg). A massa é grandeza escalar e não depende do local.
O peso de um corpo é consequência da força de gravidade com que o corpo é atraído pela Terra.
A Terra cria, em torno de si, um campo de forças que é denominado campo de gravidade.
Qualquer corpo, nas proximidades da Terra, é atraído por ela, por uma força denominada força gravitacional.
Não levando em conta os efeitos ligados à rotação da Terra, essa força gravitacional, aplicada pela Terra, é denominada peso do corpo.
O peso é, pois, uma força, grandeza de natureza vetorial, e é medido, no SI, em newtons (N).
A equação relacionando o peso (P) e a massa (m) é obtida aplicando-se a 2ª Lei de Newton para um corpo em queda livre.
Quando um corpo de massa (m) está em queda livre, sua aceleração é a aceleração da gravidade local ( ) e a única força atuante sobre ele é o seu peso ( ).
Observe que, como a gravidade varia com o local, o peso de um corpo não é característica sua, pois também depende do local, variando proporcionalmente ao valor de | |.
Por outro lado, como a aceleração da gravidade tem direção vertical e sentido para baixo, o peso também terá direção vertical e sentido para baixo.
Quando um astronauta vai para a Lua, sua massa continua a mesma, porém o seu peso varia, pois a aceleração da gravidade lunar é diferente da terrestre. Na Lua, a aceleração da gravidade é, aproximadamente, um sexto de seu valor na Terra e o peso do astronauta também será, aproximadamente, um sexto e seu valor na Terra.
Exercícios Propostos
1. (FEPESE-MODELO ENEM) – Leia o texto abaixo:
“O povo acompanhava a pé, de bicicleta, em alegre procissão, até o momento mágico de o inventor brasileiro acionar o motor, para vencer a lei da gravidade, executar o voo da liberdade e obter a confirmação do êxito. Naquela memorável tarde, Alberto Santos-Dumont mostrou ao público que acabara de inventar o avião, cuja massa, incluindo o piloto, era de 300kg, pois navegara pelo ar - saindo do solo e a ele retornando – com recursos do próprio aparelho. Ele foi o primeiro grande herói brasileiro de projeção internacional".
Adaptado de https://educacao.uol.com.br/datascomemorativas/1023---centenario-voo-14-bis.htm, acessado em 27/09/2017.
O fragmento narra o voo que Alberto Santos-Dumont realizou em Paris, em 1906, e o gráfico adiante representa, de forma muito simplificada, o módulo da força de sustentação aplicada em função do tempo, durante a parte desse voo.
Analisando-se o gráfico e os dados sobre o avião, indique o instante no qual ele decola.
a) 5s
b) 10s
c) 15s
d) 20s
e) 25s
2. (UFRN-MODELO ENEM) – Na tirinha a seguir, o paciente tenta justificar seu problema de peso ao médico.
Do ponto de vista da Física, a justificativa do paciente está correta, pois
a) a massa é uma grandeza que expressa a força com que a Terra atrai os corpos para baixo.
b) a balança mede massa, e não peso, uma vez que o peso varia com a altura.
c) o peso é uma grandeza que mede a quantidade de matéria de um corpo, a qual não depende da gravidade.
d) a balança mede peso, e não massa, e o peso depende da gravidade.
e) massa é sinônimo de peso.
3. (SÃO LEOPOLDO MANDIC-MODELO ENEM) – Em uma aula de Física, três estudantes, ao serem questionados sobre as forças que atuam em uma bolinha subindo após ser lançada para cima, elaboraram os seguintes desenhos:
A partir dos desenhos realizados, a professora de Física conduziu uma discussão na qual os alunos comentaram o que aconteceria nessa situação, desprezando-se o efeito do ar.
Assinale o único comentário correto:
a) Visto que a bolinha está subindo, é necessário que a resultante das forças também seja para cima, conforme ilustrado pelo estudante 1.
b) Não há nenhum problema no fato de a bola subir e a força resultante ser para baixo, desde que o movimento seja retardado, como ilustrado na imagem do estudante 2.
c) A imagem produzida pelo estudante 3 pode estar correta, já que em algum instante da subida as forças contrária e a favor do movimento devem equilibrar-se.
d) O estudante 1 fez a figura correta porque o sentido do movimento indica que a força aplicada pela mão deve ser maior que o peso durante toda a subida.
e) O estudante 3 fez a figura correta, pois a bolinha sobe com velocidade constante e a força resultante é nula.
4. (VUNESP-FEMA-MODELO ENEM) – Em uma aula experimental foi utilizado um dispositivo para determinar a massa M de um pacote. Esse dispositivo consiste de uma mola ideal de constante elástica K = 300N/m à qual está presa uma haste horizontal que aponta para uma posição em uma régua vertical graduada em centímetros. Com a mola livre e relaxada, a haste aponta para a marca de 34cm e, com o pacote pendurado na mesma mola e em equilíbrio, a haste aponta para a marca de 58cm.
(http://efisica.if.usp.br. Adaptado.)
Adotando-se g = 10m/s2, a massa M do pacote será igual a
a) 3,6kg.
b) 7,2kg.
c) 10,2kg.
d) 12,8kg.
e) 17,4kg.
5. (UNIFESP-MODELO ENEM) – Em um salto de paraquedismo, identificam-se duas fases no movimento de queda do paraquedista. Nos primeiros instantes do movi mento, ele é acelerado. Mas, devido à força de resistência do ar, o seu movimento passa rapidamente a ser uniforme com velocidade escalar V1, com o paraquedas ainda fechado. A segunda fase tem início no momento em que o paraquedas é aberto. Rapidamente, ele entra novamente em um regime de movimento uniforme, com velocidade escalar V2. Sabe-se que, sendo constante a densidade do ar, a intensidade da força de resistência do ar sobre um corpo é proporcional à área sobre a qual atua a força e ao quadrado de sua velocidade escalar. Se a área efetiva aumenta 100 vezes no momento em que o paraquedas se abre, pode-se afirmar que:
a) V2/V1 = 0,08
b) V2/V1 = 0,1
c) V2/V1 = 0,15
d) V2/V1 = 0,21
e) V2/V1 = 0,3
Gabarito
1. RESOLUÇÃO:
O avião decola quando a força de sustentação torna-se maior que o peso:
Fsus > 3,0 . 103N
Isto ocorre a partir do instante t = 10s.
Resposta: B
2. RESOLUÇÃO:
A massa é grandeza característica do corpo, a qual mede a sua inércia. O peso é a força gravitacional aplicada pelo planeta e depende do local.
Resposta: D
3. RESOLUÇÃO:
Após ser lançada para cima, a única força atuante na bolinha é o seu peso.
Na subida, o movimento é retardado e por isso a força resultante (peso) tem sentido oposto ao do vetor velocidade.
Resposta: B
4. RESOLUÇÃO:
Resposta: B
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