Exemplo 31 Considere um tubo disposto verticalmente, no qual se realizou o vácuo. Um dispositivo faz uma bolinha metálica ser abandonada dentro do tubo, em sua extremidade superior. Sabendo que esse experimento é realizado da Terra, podemos afirmar que a bolinha:
a) não cai, porque não existe gravidade no vácuo;
b) cai em movimento retilíneo e uniforme;
c) cai com uma aceleração tanto maior quanto mais intenso for o seu peso;
d) cai com a mesma aceleração com que cairia nas vizinhanças da Lua;
e) cai com aceleração de módulo aproximadamente igual a 9,8 m / s^2, independentemente da intensidade de seu peso.

Passo 1

O enunciado descreve um tubo em vácuo na superfície da Terra, dentro do qual deixamos cair uma bolinha metálica sem velocidade inicial. O conteúdo aqui é o estudo do “movimento de queda livre” e vamos precisar lembrar que, em ausência de resistência do ar, a única força atuante é o peso.

Passo 2

Como o tubo está em vácuo, não há resistência do ar sobre a bolinha. Isso significa que a bolinha está sujeita apenas à força peso P=mg. Pela segunda lei de Newton,
ma=P=mg
onde a é a aceleração da bolinha e g é a aceleração da gravidade.

Passo 3

Na expressão acima, o m (massa da bolinha) aparece em ambos os lados, logo ele se cancela e obtemos
a=g
Isso mostra que a aceleração da queda livre é independente da massa (e, portanto, do peso) do objeto.

Passo 4

Na superfície da Terra, o módulo de g tem valor aproximado de
gapprox9,8 m/s^2
Portanto, a bolinha cai com aquela aceleração, independentemente de seu peso.

Resposta

e) cai com aceleração de módulo aproximadamente igual a 9,8 m/s^2, independentemente da intensidade de seu peso.

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