Paraquedismo e queda livre

1 de agosto, 2024 às 20:34 | Postado em Mecânica, Mecânica de fluidos

A queda livre em Física, seria definida como um movimento em direção à Terra no qual somente a gravidade está atuando. A situação de um paraquedista em queda é muito usado em livros didáticos para exemplificar uma queda livre. Em um primeiro momento achei que isso seria incorreto. Mas não haveria momentos em que essa situação poderia ser, de fato, considerada uma queda livre? Talvez nos primeiros segundos da queda quando a resistência do ar ainda não é tão significativa.

No paraquedismo a expressão “queda livre” designa a etapa do salto na qual o paraquedista está com o paraquedas fechado.

O conceito de queda livre em Mecânica designa o movimento de um corpo exclusivamente com aceleração em relação à Terra igual em orientação e intensidade à aceleração da gravidade  local.

Se imaginarmos um corpo em queda no ar a partir do repouso em relação ao ar, a força de arrasto inercial (força de resistência do ar), pequena no início, crescerá proporcionalmente ao quadrado da velocidade até que ela seja igual em intensidade mas com sentido contrário à força da gravidade. Quando isto ocorre a velocidade de queda em relação ao ar não mais cresce e o objeto cadente atingiu a chamada velocidade limite.

Pode-se demonstrar a partir das equações de movimento de queda com arrasto inercial (as equações 13 e 14  no artigo Velocidade das pedras de granizo) que quando o valor da velocidade do corpo cadente é 50% do valor da velocidade terminal, a aceleração média na queda difere da aceleração da gravidade em menos de 10%. Portanto pode-se afirmar que no início da queda a partir do repouso até que a velocidade de queda seja a metade da velocidade terminal o corpo cai com uma aceleração quase igual  a da gravidade, em outras palavras, o corpo está (quase) em queda livre.

A velocidade terminal de um paraquedista caindo na posição que se observa na figura1 (a posição de barriga para o chão) é cerca de de 50m/s (180km/h). Portanto até que ele atinja a velocidade de 25m/s (o que acontecerá em cerca de 3,0s após se iniciar o salto) pode-se considerar que o paraquedista esteja em queda livre. Daí para diante, apesar de o paraquedista estar com o paraquedas fechado (portanto em “queda livre” no jargão do paraquedismo), não se encontra em queda livre de fato pois sua aceleração de queda é inferior ao valor da aceleração da gravidade.

Em 2012 Felix Baumgartner bateu diversos recordes de paraquedismo, ao saltar da estratosfera a quase 40km de altitude. Entre outros bateu o recorde de  “queda livre”, caindo 36,4km com o paraquedas fechado. Conforme está demonstrado em A física no salto recorde de Felix Baumgartner ele também bateu o recorde de queda livre pois durante os 25s iniciais da queda se moveu com a aceleração da gravidade (naquela altitude de quase 40km ela vale 9,68m/s²) pois lá na estratosfera a densidade do ar é inferior a 1% da densidade no nível do mar, quase não havendo força de arrasto.

“Docendo discimus.” (Sêneca)