Aceleração da gravidade na física

A gravidade é uma força que experimentamos todos os dias. Em essência, a gravidade é uma atração invisível que os objetos com massa exercem uns sobre os outros. Na superfície da Terra, a aceleração devido à gravidade tem um valor aproximado de 9,81 m/s².

Neste artigo, examinaremos em detalhes o conceito de aceleração devido à gravidade. Exploraremos o que ela é, a física por trás dela e como a aceleração da gravidade difere em outros planetas.

FÍSICA
Aceleração da gravidade na Terra

Relevante para

Aprender sobre a aceleração da gravidade.

Veja a explicação

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Aceleração da gravidade na Terra

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Aprender sobre a aceleração da gravidade.

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Conceitos básicos

Antes de explorar a aceleração da gravidade em detalhes, vamos começar aprendendo sobre os principais conceitos de aceleração, queda livre e influência da gravidade.

Aceleração

Na física, a aceleração se refere à taxa de variação da velocidade de um objeto em relação ao tempo. É uma quantidade vetorial, o que significa que tem uma magnitude e uma direção. Um objeto acelera quando sua velocidade muda, o que pode significar que ele acelera, desacelera ou simplesmente muda de direção.

Queda livre

Um objeto em queda livre é aquele que cai sob a influência exclusiva da gravidade. Isso significa que a única força que atua sobre o objeto é a gravidade. Na ausência de resistência do ar, todos os objetos em queda livre perto da superfície da Terra aceleram na mesma velocidade, independentemente de sua massa.

Um aspecto importante a ser observado aqui é que o objeto não precisa estar caindo diretamente para estar em queda livre. Um objeto arremessado para cima ou para os lados também está em queda livre depois que sai da mão do arremessador, pois a única força que age sobre ele é a gravidade.

Força de gravidade

A gravidade é a força que atrai dois corpos, um para o outro. Na Terra, nós a experimentamos como a força que nos mantém conectados ao chão. É por isso que, quando pulamos, não continuamos a subir em direção ao céu, mas voltamos ao chão. A força da gravidade é o que dá peso aos objetos físicos.

A gravidade é descrita pela lei da gravitação universal de Newton, que afirma que cada partícula de matéria no universo atrai todas as outras partículas com uma força diretamente proporcional ao produto de suas massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre seus centros.


Aceleração da gravidade na Terra

Para entender a aceleração da gravidade, considere o diagrama a seguir, que mostra uma maçã sendo derrubada e caindo no chão:

Efeitos da aceleração da gravidade em uma maçã

O diagrama baseia-se em uma fotografia multiflash que mostra a maçã em intervalos de tempo iguais.

Podemos ver que os espaços entre as imagens da maçã estão aumentando constantemente. Isso significa que a velocidade da maçã aumenta à medida que ela cai, ou seja, ela está acelerando.

A aceleração gravitacional é uma forma de aceleração experimentada por objetos em queda livre sob a influência da gravidade. Como a gravidade atua como a única força, todos os objetos (independentemente de sua massa) caem no chão com a mesma velocidade no vácuo.

O que é “g” na Terra?

A aceleração da gravidade é simbolizada pela letra minúscula “g”. Na Terra, ela tem um valor de aproximadamente 9,81 m/s². Isso é conhecido como a aceleração da queda livre.

Aceleração de queda livre
$latex g=9.81~\frac{\text{m}}{\text{s}^2}$

Na ausência de outras forças (como a resistência do ar), um objeto em queda livre próximo à superfície da Terra aumentará sua velocidade em 9,81 metros por segundo a cada segundo.

Por exemplo, se um objeto for derrubado com uma velocidade inicial de 0, após um segundo, sua velocidade será de 9,81 m/s; após dois segundos, 19,62 m/s; e assim por diante.

Variações sobre “g

Embora normalmente usemos o valor médio da gravidade para simplificar, é importante observar que o valor exato de “g” pode variar ligeiramente em diferentes partes do mundo. Essa variação se deve a fatores como altitude, latitude e formações geológicas locais.

Em altitudes mais elevadas, mais distantes do núcleo da Terra, “g” é um pouco menor. Além disso, como a Terra não é uma esfera perfeita, mas um esferoide oblato (mais largo no equador do que nos polos), “g” também é um pouco menor no equador do que nos polos.

Apesar dessas variações, para a maioria dos cálculos cotidianos e problemas de física, o valor médio de 9,81 m/s² é usado para a aceleração devido à gravidade. Entretanto, quando a precisão é necessária, como em viagens espaciais, essas pequenas diferenças se tornam importantes.


Aceleração gravitacional além da Terra

O conceito de aceleração gravitacional não se limita apenas à Terra. Todo corpo celeste no universo, desde o menor asteroide até a maior estrela, exerce sua própria atração gravitacional.

O valor de “g” varia significativamente entre diferentes corpos celestes devido às diferenças em sua massa e raio. Podemos ver alguns exemplos na tabela abaixo:

Corpo celesteAceleração da gravidade (m/s²)
Plutão0,62
Lua1,62
Mercúrio3,7
Marte3,71
Vênus8,87
Terra9,81
Júpiter24,79
Saturno10,44
Urano8,87
Netuno11,15

Por exemplo, vemos que a aceleração da gravidade é de aproximadamente 1,62 m/s² na Lua – cerca de um sexto de seu valor na Terra – devido ao tamanho e à massa menores da Lua. Em Júpiter, o maior planeta de nosso sistema solar, “g” é 24,79 m/s² devido ao seu enorme tamanho.

Gravidade em viagens espaciais

As diferenças na aceleração gravitacional além da Terra têm implicações importantes para as perspectivas de viagens espaciais e colonização. Por exemplo, a gravidade mais baixa na Lua e em Marte afeta tudo, desde a saúde física dos astronautas até a construção de possíveis bases ou habitats.

Além disso, o conceito de aceleração gravitacional é fundamental no planejamento de missões espaciais, especialmente para manobras assistidas por gravidade. Essa técnica, usada por muitas espaçonaves interplanetárias, envolve o uso do movimento relativo e da gravidade de um planeta ou outro corpo celeste para alterar a trajetória e a velocidade de uma espaçonave, economizando propelente e tempo.


A física por trás do fenômeno

Agora que temos uma noção básica da aceleração devido à gravidade, vamos ver como a Teoria Geral da Relatividade de Einstein revolucionou nossa compreensão da gravidade.

Teoria da relatividade geral de Einstein

Antes do século XX, a gravidade era amplamente compreendida por meio da lei da gravitação universal de Newton, que afirma que todos os pares de objetos no universo se atraem mutuamente com uma força proporcional ao produto de suas massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre seus centros.

Entretanto, quando Albert Einstein publicou sua teoria geral da relatividade em 1915, ele ofereceu uma nova maneira de ver a gravidade não como uma força, mas como uma consequência da curvatura do espaço-tempo causada pela massa e pela energia.

A teoria da relatividade geral baseia-se no princípio da equivalência, segundo o qual o efeito da gravidade em um objeto é indistinguível do efeito da aceleração. Por exemplo, se você estiver em um elevador acelerando para cima, você se sentirá mais pesado, exatamente como se estivesse em um campo gravitacional mais forte.

A curvatura do espaço-tempo

Na relatividade geral, Einstein propôs que a gravidade é o resultado da deformação ou curvatura do espaço-tempo pela massa e pela energia. Essencialmente, a presença de um objeto maciço, como a Terra, deforma o espaço-tempo ao seu redor, criando uma espécie de “ondulação” pela qual objetos menores se movem. Esse movimento ao longo do caminho curvo é o que percebemos como atração gravitacional ou aceleração devido à gravidade.

Aceleração da gravidade na Terra

As equações da relatividade geral de Einstein preveem com precisão o comportamento da gravidade em uma ampla gama de cenários, desde o movimento dos planetas em nosso sistema solar até a curvatura da luz de estrelas distantes. Essa visão da gravidade resistiu ao teste do tempo e a inúmeras verificações experimentais, estabelecendo-se como nossa melhor descrição atual da gravidade.


Implicações e aplicações.

O conceito de aceleração gravitacional não é apenas um conceito teórico confinado ao âmbito dos livros didáticos de física. Ele tem implicações e aplicações práticas importantes em nossa vida cotidiana e é relevante para várias disciplinas científicas e de engenharia.

Vida cotidiana

A aceleração da gravidade molda o mundo ao nosso redor, pois dá peso aos objetos físicos, governa o movimento de objetos em queda e é a razão pela qual permanecemos ancorados na Terra.

O funcionamento de nossos veículos, máquinas e até mesmo de nossos próprios corpos é afetado pela gravidade. Por exemplo, a locomoção e o equilíbrio humanos estão intrinsecamente ligados à resposta do nosso corpo à atração da gravidade.

Engenharia

As aplicações de engenharia, desde o projeto de edifícios e pontes até o voo de aeronaves e foguetes, são influenciadas pela aceleração da gravidade. Os engenheiros civis devem levar em conta a força da gravidade ao projetar estruturas, e os engenheiros mecânicos devem considerá-la ao desenvolver máquinas e veículos.

Para os engenheiros aeroespaciais, compreender e trabalhar com “g” é fundamental, pois a força da gravidade deve ser superada para lançar satélites e espaçonaves.

Geologia e Geofísica

Em geologia e geofísica, as variações de “g” podem fornecer informações sobre a distribuição de massa no interior da Terra. Essas variações também são úteis para estudar a crosta e o manto da Terra, o movimento das placas tectônicas e até mesmo para prever erupções vulcânicas e terremotos.

Astronomia e Cosmologia

Na astronomia, o conceito de aceleração gravitacional desempenha um papel fundamental na compreensão do movimento de planetas, estrelas e galáxias. Ele ajuda a calcular as órbitas dos planetas ao redor do Sol, o ciclo de vida das estrelas, a dinâmica das galáxias e a expansão do universo.

Também é fundamental para o estudo de buracos negros, estrelas de nêutrons e outros fenômenos astrofísicos.


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Jefferson Huera Guzman

Jefferson é o principal autor e administrador do Neurochispas.com. O conteúdo interativo de Matemática e Física que criei ajudou muitos alunos.

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