Por que a queda livre torna você sem peso, mesmo na presença de gravidade
Em um dos mais renomados experimentos de pensamento de Einstein, o que ele considerava seu “pensamento mais feliz”, ele imaginou um homem caindo em um elevador em queda livre. O infeliz, ele percebeu, se o elevador caísse incessantemente e não encontrasse a superfície, flutuaria, então ele se sentiria sem peso. As implicações de seu pensamento, que podem parecer irrelevantes agora, revolucionaram nossa compreensão do universo. Uma implicação, porém, que eu gostaria de abordar, era a possibilidade de cumprir um dos desejos mais profundos da humanidade: a viagem no tempo.
A questão é: por que alguém deveria sentir-se sem peso ao cair em um elevador não-carregado, como se flutuasse no espaço sideral, quando não escapou da força da gravidade da Terra? Se o leitor achar isso surpreendente, é provável que isso aconteça porque ele ou ela pode acreditar que a gravidade é a força que nos enche depeso. Este é um enorme – mas comum – equívoco.
A diferença entre massa e peso
Claro, a gravidade não se desliga quando você pula de uma janela. Se não fosse pela gravidade, você não aceleraria. De fato, de acordo com a segunda lei do movimento de Newton, a aceleração é impossível sem uma força envolvida: quando você pula de uma janela (o que, posso lembrar, não é recomendado), você não cai a uma velocidade constante. , mas ao invés disso acelere, isto é, você cai mais rápido a cada segundo. A gravidade é a força responsável por essa aceleração. Denotamos a aceleração dada pela gravidade da Terra por ‘g’ e seu valor é 9,8 m / s².
Como explicado em um artigo anterior:
“Massa” é definida como a quantidade de matéria que um objeto contém, enquanto o “peso” do objeto representa a força que ele exerce sobre outro objeto puramente sob a influência da gravidade. A magnitude da massa não é afetada pelas forças da gravidade; peso é a incorporação dessa força em si.
Gravidade, enquanto balança e varremassas, não cria peso. Outra força – igual e oposta em direção – faz.
De acordo com a terceira lei do movimento de Newton, toda ação tem uma reação igual e oposta. O peso de um objeto é, na verdade, a força igual e oposta, a força normalque a Terra exerce sobre ele, como uma reação à força que o objeto exerce sobre a Terra à medida que repousa sobre sua superfície. O peso é literalmente a medida de quão forte a Terra puxa o objeto porque ambas as forças são iguais em magnitude. O peso, portanto, como qualquer outra força, é medido em Newton (N), a unidade de força padrão.
A força normal, ou a força de reação, pode ser produzida quando existe algo sobre o qual um objeto pode descansar, algo que possa reagir. Isso incluiria a superfície da Terra ou o piso de um elevador. Em queda livre, é a ausência de uma superfície que faz com que você fique sem peso. As máquinas de pesagem são instrumentos que medem a massa de um objeto medindo a força igual e oposta que a Terra exerce sobre nós em resposta à força que exercemos sobre ela à medida que estamos em sua superfície. O instrumento é calibrado para determinar a massa de um objeto “dividindo a força medida por g ou 9,8”. Se você fosse pular da sua janela com uma balança de pesagem presa aos pés,
A agulha não é perturbada na primeira e terceira imagem: a queda livre na Terra faz com que você se sinta tão leve quanto se sente no espaço sideral.
Por último, enquanto a gravidade afeta a massa – o que é incrivelmente óbvio, à medida que você, um pedaço de massa, cai, ou melhor, como você é atraído por um pedaço de massa astronomicamente maior, a Terra – ela não muda sua magnitude. Suamassaé de 60 kg na Terra, na Lua e em todos os cantos do Universo. Isso ocorre porque a massa é inerente ou puramente uma propriedade da matéria. A magnitude do peso de um objeto, por outro lado, varia com a magnitude da força gravitacional com a qual ele é puxado. Seu peso de 60 kg, que pesa 882Newtonsna Terra, pesa apenas 145,8 N na Lua e aproximadamente 2205 N em Júpiter.
Isso ocorre porque o peso é apenas a magnitude da força gravitacional com a qual um corpo puxa outro corpo. Agora, porque a massa de um corpo é constante, seu peso é apenas uma função da taxa em que ele é acelerado – a aceleração devido à gravidade. Se, como a lua, o corpo é menos massivo que a Terra, então a força e, portanto, o peso gerado também seria menor em magnitude do que seria na Terra. O inverso seria verdadeiro para um corpo que é mais massivo que a Terra, como Júpiter. A aceleração da lua devido à gravidade é um sexto, enquanto a de Júpiter é mais que o dobro da da Terra e, portanto, os pesos que são gerados em suas respectivas superfícies. Desde que, claro, você esteja sobre eles.
