Energia no corpo em queda livre

31 de março, 2013 às 10:00 | Postado em Força de impacto, Mecânica

Prezados senhores, por favor, solicito explicar o valor da força exercida num corpo de 50kg, em queda livre, à altura de 20m. Ao chegar ao solo de concreto. Esse mesmo corpo a cada 10m, sofre uma uma força de quantos kg? Obrigado.

Durante a queda do corpo, enquanto ele está apenas em contato com o ar, há o peso o puxando para baixo, valendo SEMPRE 50 kgf ou cerca de 500 N. Adicionalmente o ar resiste à descida do corpo com uma força que desprezaremos. Portanto durante toda a queda, até que o corpo entre em contato com o piso de concreto, há uma força constante de 50 kgf o acelerando,. isto é, fazendo com que a cada segundo sua velocidade aumente em cerca de 10 m/s.

Uma queda de 20 m de altura dura aproximadamente 2 s, no final dos quais o corpo se movimenta para baixo com a velocidade de aproximadamente 20 m/s ou 72 km/h. Ou seja, durante esta queda sob força CONSTANTE o corpo ganha energia de movimento (energia cinética).

Quando ele colidir com o solo de concreto, ele em muito pouco tempo parará, isto é, deverá perder toda a energia cinética que adquiriu ao longo da queda de 20 m andando MUITO POUCO. Ou seja, a queda durou 2 s e em seguida ele parará em um tempo MUITÍSSIMO menor do que 2 s, se deslocando por muito menos do que 20 m.

Quanto ele se desloca efetivamente após colidir com o concreto para parar depende da resistência do concreto e do próprio corpo que pode ser mais “mole” ou mais “duro”, dependendo do material do qual é feito.

A força que ele fará ao colidir com o concreto dependerá de quanto o corpo se desloque DURANTE o choque com o concreto. Pode-se demonstrar que esta força tem intensidade aproximadamente igual à intensidade do seu peso multiplicado por um fator, fator este igual a razão da altura (no caso 20 m) de onde ele caiu pela distância que o corpo percorre para parar ao colidir. Sendo esta distância muito pequena comparada com a altura, este fator é muito grande.
Vou supor que o corpo ao atingir o concreto pare em apenas 1 cm. A intensidade da força que ele exerce então é igual ao valor do seu peso, 50 kgf, multiplicado por 2.000 cm (20 m) dividido por 1 cm. Como o fator resulta em 2.000, a força vale então 50 x 2.000 = 100.000 kgf.

De fato a pergunta não tem uma resposta bem definida pois para tê-la devemos saber quanto o corpo se desloca até parar. Entretanto como este deslocamento é usualmente muito pequeno comparado com a altura de onde ele caiu, a força que ele exerce no concreto é enorme!

Poderás consultar também outras postagens nas quais encontrarás respostas a perguntas relacionadas com esta: Força de impacto.

“Docendo discimus.” (Sêneca)

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