Uma pena e uma bola de boliche são abandonadas ao mesmo tempo e da mesma altura. Desprezando a resistência do ar, qual chegará primeiro ao solo? Explique? E se considerarmos a resistência do ar, quais fatores influenciam no tempo de queda?
Passo 1
Beleza, vamos lá! O enunciado fala sobre uma pena e uma bola de boliche que são soltas ao mesmo tempo e da mesma altura. A gente vai usar conceitos de cinemática e dinâmica, principalmente sobre queda livre e resistência do ar, para resolver isso. Precisamos entender como a gravidade e a resistência do ar afetam objetos em queda.
Passo 2
Primeiro, vamos imaginar que não tem resistência do ar, ou seja, ninguém tá atrapalhando a queda. Nesse caso, a única força agindo nos objetos é a gravidade. A física diz que todos os objetos caem com a mesma aceleração devido à gravidade, que é aproximadamente $ g = 9,8 , m/s^2 $.
Isso significa que, sem atrito do ar, tanto a pena quanto a bola de boliche vão cair na mesma velocidade e chegar ao chão ao mesmo tempo. Legal, né?
Passo 3
Agora, vamos considerar a resistência do ar. Quando o ar começa a interferir, ele exerce uma força contrária ao movimento dos objetos que estão caindo. Essa força depende de alguns fatores:
- Área de Superfície: Quanto maior a área, maior a resistência. A pena tem uma área maior em relação ao seu peso, então ela enfrenta mais resistência.
- Forma do Objeto: Formas mais aerodinâmicas têm menos resistência. A bola de boliche é mais compacta e enfrenta menos resistência comparada à pena.
- Massa do Objeto: Objetos mais pesados têm mais força para vencer a resistência do ar. A bola de boliche é bem mais pesada que a pena.
Passo 4
Devido a esses fatores, quando consideramos a resistência do ar, a pena vai cair mais devagar porque tem mais área e menor massa, o que faz com que a resistência do ar tenha um impacto maior nela. Já a bola de boliche, sendo mais pesada e com uma área menor, consegue “cortar” o ar mais facilmente e tende a cair mais rápido.
Resposta
Sem resistência do ar, a pena e a bola de boliche chegam ao solo ao mesmo tempo. Mas, se a gente considerar a resistência do ar, a pena demora mais porque tem maior área e menor massa, enquanto a bola de boliche, sendo mais pesada e compacta, chega primeiro.