Planejativo

Lançamento vertical e Queda livre

Ordem de grandeza

Vetores

Leis de Newton

Força elástica

Estática de um ponto material

Estática de um corpo extenso e Centro de massa

Máquinas simples (polias)

Dinâmica do movimento circular

Trabalho

Energia mecânica, potência e rendimento

Impulso e quantidade de movimento

Colisões

Movimento Harmônico Simples (MHS): Cinemática do MHS

Movimento harmônico simples (MHS): Sistema massa-mola e Pêndulo simples

Leis de Kepler

Lei da Gravitação Universal

Velocidade orbital e Velocidade de escape

Densidade, pressão e Teorema de Stevin

Experiência de Torricelli, Teorema de Pascal, Prensa hidráulica

Princípio de Arquimedes

Movimento uniforme

Movimento variado

Lançamento horizontal

Movimento circular

Sistemas de unidades

Movimento harmônico simples (MHS): Movimentos periódicos

Lançamento oblíquo

Força de atrito

Alguns pontos-chave dessa matéria para o ENEM que devem ser levados em conta ao estudarmos são:

Resumidamente, estudar lançamento vertical e queda livre é importante para entender o movimento vertical de objetos e como as forças da gravidade atuam sobre eles. Além disso, esse conhecimento pode ser aplicado em diversas áreas, como na engenharia e na física

Galileu Galilei, um dos maiores cientistas da história, realizou um experimento famoso em 1589 para estudar a queda livre dos objetos. Segundo a lenda, ele subiu até o topo da Torre de Pisa e deixou cair dois objetos com massas diferentes: uma bola de chumbo e um pedaço de madeira. O resultado surpreendente foi que ambos chegaram ao chão ao mesmo tempo. Esse experimento de Galileu mostrou que, contrariamente ao que se acreditava na época, a queda livre não depende do peso do objeto. Na verdade, todos os objetos, independente da sua massa, caem com a mesma aceleração devido à força da gravidade. Fonte: 

Queda livre é um conceito importante da física que se refere ao movimento de um objeto em queda sem resistência do ar, como uma pedra sendo jogada de um penhasco ou uma maçã caindo de uma árvore. Durante a queda livre, o objeto está sujeito somente à força gravitacional da Terra.

A aceleração da queda livre é de cerca de 9,81 m/s² (comumente arredondada para 10 m/s²), e é representada pela letra "g". Essa aceleração é constante, desde que não haja resistência do ar ou outros fatores que possam interferir no movimento do objeto.

Um objeto em queda livre tem velocidade inicial 0, mas vai ganhando velocidade a medida que cai. Fonte: 

Para calcular a velocidade de um objeto em queda livre, é possível utilizar a equação 

, onde v é a velocidade, g é a aceleração da gravidade e t é o tempo decorrido desde o início da queda.

Já para calcular a distância percorrida durante a queda, pode-se utilizar a equação 

, onde d é a distância percorrida, g é a aceleração da gravidade e t é o tempo decorrido.

A queda de um paraquedista, antes de ele abrir o paraquedas, é análogo ao movimento de queda livre. Fonte: 

O estudo da queda livre é importante para entender o movimento de objetos em situações cotidianas, como a queda de um objeto da prateleira ou a queda de uma bola de um prédio alto. Além disso, é um conceito fundamental para a compreensão de outras leis da física, como a lei da inércia de Newton e a lei da conservação da energia.

As equações mais utilizadas para resolver questões envolvendo queda livre são as seguintes:

Um corpo abandonado tem velocidade inicial = 0 em certa altura, e exibe um comportamento de queda livre se desconsiderarmos resistência do ar. Os gráficos diferem dos gráficos de lançamento vertical para baixo, como veremos mais adiante. Fonte: 

A representação gráfica da queda livre é uma das formas de visualizar e entender o comportamento do movimento de um objeto em queda livre. Na maioria dos casos, utilizam-se gráficos de velocidade x tempo e de posição x tempo.

No gráfico de velocidade x tempo (primeiro da figura acima), pode-se observar que a velocidade do objeto aumenta uniformemente com o tempo, pois a aceleração da gravidade é constante. A inclinação da reta no gráfico é a aceleração da gravidade, que no caso da Terra é aproximadamente 9,8 m/s².

Já no gráfico de posição x tempo (no meio, na figura acima), pode-se observar que a posição do objeto em queda livre aumenta de forma quadrática com o tempo, ou seja, sua velocidade aumenta linearmente, mas sua posição aumenta de forma exponencial. A gravidade, porém, sempre se mantém constante.

Esses gráficos são importantes para entender a dinâmica da queda livre e para resolver questões envolvendo o movimento de objetos em queda livre.

Na direita, vemos um típico caso de lançamento vertical, enquanto na esquerda, vemos um exemplo de queda livre. Fonte: 

Lançamento vertical é um tipo de movimento unidimensional no qual um objeto é lançado verticalmente, para cima ou para baixo, e sofre a ação da gravidade. Nesse tipo de movimento, a aceleração é constante e igual à aceleração da gravidade.

Durante o lançamento, a velocidade do objeto diminui até que ele atinja sua altura máxima, onde sua velocidade é zero. A partir desse ponto, o objeto começa a cair em queda livre, e sua velocidade aumenta até atingir o solo. É importante destacar que, no lançamento vertical, despreza-se a resistência do ar.

As principais fórmulas utilizadas para o lançamento vertical são:

É importante lembrar que todas essas fórmulas consideram que o sentido para cima é positivo e para baixo é negativo. Além disso, o lançamento vertical é um caso especial de queda livre, onde a velocidade inicial é direcionada para cima.

Para o lançamento vertical, a função horária da velocidade é dada por:

Já a função horária da posição (ou altura) é dada por:

Um exemplo de lançamento vertical para cima. Fonte: 

O lançamento vertical para cima é um movimento unidimensional que ocorre quando um objeto é lançado na vertical com uma velocidade inicial positiva, na direção contrária à gravidade. Esse tipo de movimento é caracterizado pela aceleração constante da gravidade, que age no sentido oposto ao movimento do objeto.

Durante o movimento, a velocidade inicial diminui até que o objeto atinja a altura máxima e, em seguida, a velocidade começa a aumentar novamente na direção da gravidade. O movimento continua até que o objeto atinja o solo novamente, ou seja, o ponto de partida.

A representação gráfica do lançamento vertical para cima não é linear. Ela é representada por uma parábola, que é uma curva suave.

No eixo vertical, temos a posição do objeto em relação ao tempo, enquanto no eixo horizontal, temos o tempo. Durante a primeira metade do movimento, o objeto sobe e a curva se afasta do eixo horizontal, atingindo a altura máxima. Em seguida, durante a segunda metade do movimento, o objeto cai, e a curva se aproxima do eixo horizontal novamente.

Representações gráficas para o lançamento vertical para cima. Fonte: 

A curva da parábola é simétrica, ou seja, a altura máxima é alcançada na metade do tempo total de movimento. A inclinação da curva, que é a taxa de variação da posição em relação ao tempo, é positiva durante a subida e negativa durante a queda, mostrando que a velocidade do objeto está aumentando durante a queda.

Outra representação gráfica importante é a da velocidade em função do tempo. No início, a velocidade diminui linearmente com o tempo até que atinja zero na altura máxima. Depois disso, a velocidade começa a aumentar linearmente com o tempo, mas agora na direção da gravidade, até que o objeto atinja o solo novamente. Ou seja, a velocidade agora é negativa, pois os referencial adotado é contrário ao movimento de subida. Por isso, no gráfico, vemos que a velocidade fica abaixo do 0. Por outro lado, a aceleração da gravidade é sempre constante ao longo do tempo.

As fórmulas mais comuns para o lançamento vertical para cima incluem a função horária da posição, a função horária da velocidade e a altura máxima atingida pelo objeto. Todas essas fórmulas levam em conta a aceleração da gravidade e a velocidade inicial do objeto.

O lançamento vertical para baixo ocorre quando um objeto é lançado verticalmente e para baixo. Assim como no lançamento vertical para cima, esse movimento é unidimensional e sofre a ação da gravidade. No entanto, a diferença é que a velocidade inicial do objeto é para baixo.

A representação gráfica do lançamento vertical para baixo é similar à do lançamento vertical para cima, mas com algumas diferenças, notadas nas figuras.

É importante destacar que, durante todo o movimento de queda, a aceleração é constante e igual à aceleração da gravidade. Ou seja, a aceleração é sempre para baixo, mesmo que a velocidade seja para cima (no lançamento vertical para cima) ou para baixo (no lançamento vertical para baixo).

Diferentemente do lançamento vertical para cima ou para baixo, a queda livre ocorre quando o objeto é solto de uma altura qualquer e cai em queda livre sob a ação da gravidade. Nesse caso, não há uma velocidade inicial para cima ou para baixo, e a trajetória do objeto é sempre para baixo. A representação gráfica da queda livre é bastante parecida à do lançamento vertical para baixo, pois ambos seguem a mesma trajetória e sofrem a mesma aceleração constante. Entretanto, há algumas diferenças, como visto nos gráficos.