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Aceleração da gravidade no alto da montanha

Prof. Lang

Novamente venho a lhe perguntar sobre um vídeo do Domingos:  Gravidade Aumenta Conforme Massa Aumenta

Domingos pesa um corpo antes de subir uma montanha de 750m de altitude e depois repete a pesagem lá em cima. Encontra que o peso do corpo aumenta de 493,8 gramas-força para 494,1 gramas-força. Esta diferença, segundo ele, é por causa da atração gravitacional da montanha. Tenho dúvidas sobre este resultado: 1- de fato a aceleração da gravidade aumenta ao se subir uma montanha? 2- é possível se medir com uma simples balança digital este efeito?

Aproveito para de novo agradecer suas respostas.

Respondido por: Prof. Fernando Lang da Silveira - IF-UFRGS

As demonstrações que embasam esta resposta se encontram no artigo disponível no Research Gate:  Aceleração da gravidade no alto da montanha. As seguintes afirmativas decorrem do artigo indicado:

1 – Uma montanha contribui para a aceleração da gravidade que existe no seu topo conforme pressuposto pelo Domingos.

2 – Entretanto a contribuição da montanha é insuficiente para compensar o decréscimo que acontece devido ao aumento da altitude. Ao aumentar a altitude, como cresce o afastamento de toda a massa da Terra, diminui a aceleração da gravidade.

3 – Desta forma a aceleração da gravidade no alto de uma montanha é menor do que a aceleração da gravidade ao nível do mar na posição ocupada pela montanha.

4 – Sendo gM a aceleração da gravidade no alto da montanha, g0 a aceleração da gravidade ao nível do mar na posição ocupada pela montanha (calculada pela equação 1 do artigo Aceleração da gravidade …) e h a altitude da montanha em relação ao nível do mar, é válida a seguinte desigualdade (desigualdade 19 do artigo Aceleração da gravidade …)  quando todas as grandezas estão nas unidades de medida do SI:

  g0 – 3,086.10-6. h < gM <  g0 – 0,849 .10-6. h            (19)

Ou seja, a desigualdade 19 se aplica a qualquer montanha da Terra e ela, além de implicar o que foi afirmado em 3, estabelece limites dentro do quais se situa a verdadeira aceleração da gravidade no alto da montanha.

5 – Para o Monte Everest, que tem a  altitude de 8849 m, se encontra

g0 = 9,792 m/s2   ,

9,758 m/s2  < gM < 9,784 m/s2  .

6 – Para o Monte Fuji, que tem a  altitude de 3776 m, se encontra

g0 = 9,798 m/s2   ,

9,783 m/s2  < gM < 9,795 m/s2  .

7 – GGMPlus(Global Gravity Model plus)  é um modelo de campo gravitacional baseado em dados do satélite GRACE (ITG2010), satélite GOCE (TIM-4), EGM2008 e topografia gravitacional.  As imagens do GGMPlus, disponíveis em  Curtin University, informam sobre a aceleração da gravidade no topo do Monte Everest (figura1) e no topo do Monte Fuji (figura 2).

A aceleração da gravidade nos mapas está expressa em miligalileus (mGal). O  galileu é uma unidade de medida gravimétrica que vale 1 cm/s2 e , portanto, 105 Gal é igual a 1 m/s2.

De acordo com o mapa da figura 1 a aceleração da gravidade para o topo do Monte Everest vale aproximadamente 9,770 m/s, sendo  este valor consistente com a desigualdade apresentada em 5.

De acordo com o mapa da figura 2 a aceleração da gravidade para o topo do Monte Fuji vale aproximadamente 9,790 m/s, sendo  este valor consistente com a desigualdade apresentada em 6.

É importante também notar nas figuras 1 e 2 que conforme aumenta a altitude do terreno a aceleração da gravidade diminui. Tal pode ser percebido pelo padrão de cores representando acelerações da gravidade maiores nas proximidades das montanhas indicadas do que propriamente nas montanhas. Por exemplo, o Monte Fuji está em azul e suas cercanias estão em verde.

8 – As respostas aos questionamentos do perguntante agora podem ser dadas.

A- De fato a aceleração da gravidade aumenta ao se subir uma montanha?

Em nenhuma montanha a aceleração da gravidade é maior no topo do que na sua base pois o acréscimo que a montanha dá para a aceleração da gravidade não compensa a diminuição que ocorre devida ao maior afastamento do nível do mar.  Isto foi demonstrado teoricamente no artigo  indicado e corroborado pelos dados do GGMplus

B  – É possível se medir com uma simples balança digital este efeito?

Não é possível medir as pequenas variações da aceleração da gravidade com uma simples balança digital, como aquela usada pelo Domingos e que na melhor das hipóteses tem precisão 0,1 grama-força. No caso de uma elevação de 750 m (como a relatada no vídeo do Domingos) se espera  uma redução na aceleração da gravidade (e não um aumento) menor do que 0,0006 m/s2, o que representa menos de 1 parte em 16000 na aceleração da gravidade. Ou seja, se de fato o peso era 493,80 gramas-força na base da elevação, lá no topo a sua redução seria menor do que 0,03 gramas-força, impossível de ser detectada com a balança.

É importante enfatizar que o Domingos mediu um  acréscimo na aceleração da gravidade quando de fato ela diminui ao subir a montanha. Certamente tal decorreu de erros de medida, por exemplo relacionados ao não nivelamento da balança. Se a balança estiver levemente inclinada, por apenas 1°, diferenças maiores do que décimo de grama-força acontecem. No vídeo ele usa a balança apoiada em superfícies que muito certamente não se encontram niveladas. De fato há muitas outras fontes de erro em medidas realizadas com tais balanças.

“Docendo discimus.” (Sêneca)


2 comentários em “Aceleração da gravidade no alto da montanha

  1. Ricardo Bastos disse:

    É sempre um enorme prazer ler esses artigos. Parabéns prof Lang!

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