O lei da queda livre de Galileo Galilei estabelece que a distância percorrida por um corpo que se solta livremente de uma certa altura é proporcional ao quadrado do tempo gasto para percorrê-lo..
E como o tempo depende apenas da altura, todos os corpos atingem o solo ao mesmo tempo, independente de sua massa, quando caídos da mesma altura..
Galileu, um dos cientistas mais brilhantes de todos os tempos, nasceu na cidade italiana de Pisa em 1564.
Naquela época, as crenças aristotélicas sobre a natureza do movimento eram compartilhadas pela maioria da comunidade científica. Aristóteles (384-322 aC) foi um notável pensador grego antigo, que incorporou suas crenças sobre a ciência nas 200 obras que se acredita ter escrito em toda a sua vida.
Apenas 31 dessas obras sobreviveram até hoje, e nelas o filósofo grego explicou sua visão da natureza, que é conhecida como Física aristotélica. Um de seus postulados é o seguinte: quando dois corpos caem de uma altura igual, o mais pesado sempre atinge o solo primeiro..
Galileu testou essa crença de longa data e, assim, começou o desenvolvimento da ciência baseada na experimentação, uma revolução que levou a humanidade a dar seus primeiros passos fora da Terra e expandiu o universo conhecido a um tamanho insuspeitado..
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Hoje somos ensinados que todos os objetos, independentemente de sua massa, alcançam o solo ao mesmo tempo quando são lançados de uma certa altura. Isso porque todos, sem exceção, se movem com a mesma aceleração: a da gravidade. Claro, enquanto a resistência do ar for negligenciada.
Podemos verificá-lo deixando cair simultaneamente e da mesma altura um objeto pesado e um leve, por exemplo uma pedra e uma folha de papel amassada, e veremos como eles atingem o solo ao mesmo tempo..
Galileu estava determinado a testar as crenças aristotélicas por meio de experimentação cuidadosa e desenvolvimento matemático. A lenda afirma que ele derrubou objetos do topo da famosa Torre Inclinada de Pisa, medindo o tempo que levou para cada um cair..
É questionável que Galileu tenha escalado expressamente o topo da torre para esse fim, já que em qualquer caso a medição precisa de um tempo tão curto - cerca de 3,4 s - com os relógios da época não era possível..
Mas é dito que em uma ocasião Galileu reuniu muitas pessoas ao pé da torre para verificar por si mesmos que, de fato, dois corpos de massas diferentes estavam alcançando o solo ao mesmo tempo..
No entanto, o físico italiano registrou em seus livros outros experimentos para estudar o movimento e, assim, descobrir como as coisas se movem.
Entre estes estão os do pêndulo simples, que consiste em pendurar uma massa em uma corda de luz e deixá-la oscilar e até mesmo alguns em que tentou medir a velocidade da luz (sem sucesso).
Entre as muitas experiências de Galileu estava uma em que ele usava um pêndulo, no qual colocou um prego em algum ponto intermediário entre o início do movimento e a posição mais baixa..
Com isso ele pretendia truncar o pêndulo, ou seja, encurtá-lo. Assim que o pêndulo atinge o prego, ele retorna ao ponto inicial, o que significa que a velocidade do pêndulo depende apenas da altura da qual foi liberado, e não da massa que estava pendurada no pêndulo..
Este experimento o inspirou para o próximo, um dos mais notáveis realizados pelo grande físico e pelo qual ele estabeleceu os princípios da cinemática..
O experimento que levou Galileu a formular a lei da queda livre foi o do plano inclinado, no qual ele deixou esferas de chumbo rolarem de diferentes alturas e com diferentes inclinações. Ele também tentou empurrar as esferas para cima e medir a altura que alcançavam..
Assim, ele mostrou que todos os corpos caem com a mesma aceleração, desde que o atrito não intervenha. Esta é uma situação ideal, pois o atrito nunca desaparece completamente. No entanto, um plano inclinado de madeira polida é uma boa aproximação..
Por que Galileu decidiu usar um plano inclinado se queria ver como os corpos caíam?
Muito simples: porque não havia relógios adequados para medir com precisão o tempo de queda. Então ele teve uma ideia brilhante: desacelerar a queda, "suavizando" a gravidade por meio de um dispositivo.
Galileu realizou a seguinte sequência e repetiu "cerca de cem vezes" para ter certeza, como ele declarou em seu livro Diálogos sobre duas novas ciências:
-Pegou um avião de madeira polida com cerca de 7 m de comprimento, que encomendou a um carpinteiro, e colocou-o com um certo ângulo de inclinação não muito grande.
-Ele deixou uma esfera rolar colina abaixo a uma certa distância.
-Tempo de viagem medido.
-Ele repetiu o acima com inclinações crescentes.
Galileu observou que, independentemente do ângulo de inclinação:
-A velocidade da esfera aumentou a uma taxa constante - a aceleração-.
-A distância percorrida foi proporcional ao quadrado do tempo gasto.
E concluiu que isso seria igualmente verdadeiro se a rampa fosse vertical, o que certamente equivale a uma queda livre..
Se d é a distância e t é o tempo, a observação de Galileu, em forma matemática, pode ser resumida como:
d ∝ tdois
Hoje sabemos que a constante de proporcionalidade necessária para estabelecer a igualdade é ½ g, onde g é o valor da aceleração da gravidade, para obter:
d = ½ gtdois
O valor aceito de g hoje é 9,81 m / sdois.
Galileu não apenas deixou as esferas rolarem para baixo no plano, ele também enfrentou dois planos inclinados para ver o quão longe uma esfera foi deixada deslizar.
E ele descobriu que a esfera conseguiu subir até a mesma altura de onde começou. Então o ângulo de inclinação do segundo plano foi diminuindo, conforme mostrado na figura abaixo, até ficar completamente horizontal.
Em todos os casos, a esfera atingiu uma altura semelhante ao ponto inicial. E quando o segundo plano virou horizontal, a esfera poderia se mover indefinidamente, a menos que o atrito diminuísse aos poucos..
Galileu é considerado, junto com Isaac Newton, o pai da Física. Estas são algumas das contribuições de seus experimentos para a ciência:
-O conceito de aceleração, fundamental no estudo da cinemática dos corpos, foi assim que Galileu lançou as bases do movimento acelerado, e com ele da Mecânica, que Isaac Newton posteriormente reforçaria com suas três leis..
-Ele também enfatizou a importância da força de atrito, uma força que Aristóteles nunca havia considerado..
-Galileu mostrou que a ação contínua de uma força não é necessária para manter o movimento de um corpo, pois na ausência de atrito a esfera continua a se mover indefinidamente ao longo da superfície do plano..
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