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@matematicacomarua LISTA DE EXERCÍCIOS – MOVIMENTO UNIFORMEMENTE VARIADO, QUEDA LIVRE E MOVIMENTO VERTICAL – PROFESSOR ARUÃ DIAS Página 1 de 31 1. (G1 - utfpr) Suponha que um automóvel de motor muito potente possa desenvolver uma aceleração média de módulo igual a 10 m/s2. Partindo do repouso, este automóvel poderia chegar à velocidade de 90 km/h num intervalo de tempo mínimo, em segundos, igual a: a) 2,0. b) 9,0. c) 2,5. d) 4,5. e) 3,0. 2. (G1 - utfpr) Um ciclista movimenta-se em sua bicicleta, partindo do repouso e mantendo uma aceleração aproximadamente constante de valor médio igual a 2,0 𝑚 𝑠2 . Depois de 7,0 𝑠 de movimento, atinge uma velocidade, em 𝑚 𝑠 , igual a: a) 49. b) 14. c) 98. d) 35. e) 10. 3. (Eear) Um atleta pratica salto ornamental, fazendo uso de uma plataforma situada a 5m do nível da água da piscina. Se o atleta saltar desta plataforma, a partir do repouso, com que velocidade se chocará com a água? Obs.: despreze a resistência do ar e considere o módulo da aceleração da gravidade 𝑔 = 10 𝑚 𝑠2 . a) 10 𝑚 𝑠 . b) 20 𝑚 𝑠 . c) 30 𝑚 𝑠 . d) 50 𝑚 𝑠 . 4. (Espcex (Aman)) Um móvel descreve um movimento retilíneo uniformemente acelerado. Ele parte da posição inicial igual a 40 𝑚 com uma velocidade de 30 𝑚/𝑠, no sentido contrário à orientação positiva da trajetória, e a sua aceleração é de 10 𝑚/𝑠2 no sentido positivo da trajetória. A posição do móvel no instante 4𝑠 é a) 0 𝑚 b) 40 𝑚 c) 80 𝑚 d) 100 𝑚 e) 240 𝑚 5. (Uerj) Uma ave marinha costuma mergulhar de uma altura de 20 m para buscar alimento no mar. Suponha que um desses mergulhos tenha sido feito em sentido vertical, a partir do repouso e exclusivamente sob ação da força da gravidade. Desprezando-se as forças de atrito e de resistência do ar, a ave chegará à superfície do mar a uma velocidade, em m/s, aproximadamente igual a: a) 20 b) 40 c) 60 d) 80 @matematicacomarua LISTA DE EXERCÍCIOS – MOVIMENTO UNIFORMEMENTE VARIADO, QUEDA LIVRE E MOVIMENTO VERTICAL – PROFESSOR ARUÃ DIAS Página 2 de 31 6. (Uerj) Um carro se desloca ao longo de uma reta. Sua velocidade varia de acordo com o tempo, conforme indicado no gráfico. A função que indica o deslocamento do carro em relação ao tempo 𝑡 é: a) 5 𝑡 − 0,55 𝑡2 b) 5 𝑡 + 0,625 𝑡2 c) 20 𝑡 − 1,25 𝑡2 d) 20 𝑡 + 2,5 𝑡2 7. (Unesp) No período de estiagem, uma pequena pedra foi abandonada, a partir do repouso, do alto de uma ponte sobre uma represa e verificou-se que demorou 2,0 𝑠 para atingir a superfície da água. Após um período de chuvas, outra pedra idêntica foi abandonada do mesmo local, também a partir do repouso e, desta vez, a pedra demorou 1,6 𝑠 para atingir a superfície da água. Considerando a aceleração gravitacional igual a 10 𝑚 𝑠2 e desprezando a existência de correntes de ar e a sua resistência, é correto afirmar que, entre as duas medidas, o nível da água da represa elevou-se a) 5,4 𝑚. b) 7,2 𝑚. c) 1,2 𝑚. d) 0,8 𝑚. e) 4,6 𝑚. @matematicacomarua LISTA DE EXERCÍCIOS – MOVIMENTO UNIFORMEMENTE VARIADO, QUEDA LIVRE E MOVIMENTO VERTICAL – PROFESSOR ARUÃ DIAS Página 3 de 31 8. (Ufrj) Um avião vai decolar em uma pista retilínea. Ele inicia seu movimento na cabeceira da pista com velocidade nula e corre por ela com aceleração média de 2,0 m/s2 até o instante em que levanta voo, com uma velocidade de 80 m/s, antes de terminar a pista. a) Calcule quanto tempo o avião permanece na pista desde o início do movimento até o instante em que levanta voo. b) Determine o menor comprimento possível dessa pista. 9. (Enem PPL) O trem de passageiros da Estrada de Ferro Vitória-Minas (EFVM), que circula diariamente entre a cidade de Cariacica, na Grande Vitória, e a capital mineira Belo Horizonte, está utilizando uma nova tecnologia de frenagem eletrônica. Com a tecnologia anterior, era preciso iniciar a frenagem cerca de 400 metros antes da estação. Atualmente, essa distância caiu para 250 metros, o que proporciona redução no tempo de viagem. Considerando uma velocidade de 72 km/h, qual o módulo da diferença entre as acelerações de frenagem depois e antes da adoção dessa tecnologia? a) 0,08 m/s2 b) 0,30 m/s2 c) 1,10 m/s2 d) 1,60 m/s2 e) 3,90 m/s2 10. (Ufrgs) Trens MAGLEV, que têm como princípio de funcionamento a suspensão eletromagnética, entrarão em operação comercial no Japão, nos próximos anos. Eles podem atingir velocidades superiores a 550𝑘𝑚/ℎ. Considere que um trem, partindo do repouso e movendo-se sobre um trilho retilíneo, é uniformemente acelerado durante 2,5 minutos até atingir 540𝑘𝑚/ℎ. Nessas condições, a aceleração do trem, em 𝑚/𝑠2, é a) 0,1. b) 1. c) 60. d) 150. e) 216. 11. (G1 - ifce) Um veículo parte do repouso em movimento retilíneo e acelera com aceleração escalar constante e igual a 3,0 𝑚 𝑠2. O valor da velocidade escalar e da distância percorrida após 4,0 segundos, valem, respectivamente a) 12,0 𝑚 𝑠 e 24,0 𝑚. b) 6,0 𝑚 𝑠 e 18,0 𝑚. c) 8,0 𝑚 𝑠 e 16,0 𝑚. d) 16,0 𝑚 𝑠 e 32,0 𝑚. e) 10,0 𝑚 𝑠 e 20,0 𝑚. 12. (G1 - ifce) Um automóvel possui velocidade constante 𝑣 = 20 𝑚 𝑠 . Ao avistar um semáforo vermelho à sua frente, o motorista freia o carro imprimindo uma aceleração de −2 𝑚 𝑠2 . A distância mínima necessária para o automóvel parar, em 𝑚, é igual a (Despreze qualquer resistência do ar neste problema) @matematicacomarua LISTA DE EXERCÍCIOS – MOVIMENTO UNIFORMEMENTE VARIADO, QUEDA LIVRE E MOVIMENTO VERTICAL – PROFESSOR ARUÃ DIAS Página 4 de 31 a) 50. b) 200. c) 400. d) 10. e) 100. 13. (G1 - cftmg) Um objeto é lançado para baixo, na vertical, do alto de um prédio de 15 𝑚 de altura em relação ao solo. Desprezando-se a resistência do ar e sabendo-se que ele chega ao solo com uma velocidade de 20 𝑚/𝑠, a velocidade de lançamento, em 𝑚/𝑠, é dada por a) 10. b) 15. c) 20. d) 25. 14. (Uel) O desrespeito às leis de trânsito, principalmente àquelas relacionadas à velocidade permitida nas vias públicas, levou os órgãos regulamentares a utilizarem meios eletrônicos de fiscalização: os radares capazes de aferir a velocidade de um veículo e capturar sua imagem, comprovando a infração ao Código de Trânsito Brasileiro. Suponha que um motorista trafegue com seu carro à velocidade constante de 30 m/s em uma avenida cuja velocidade regulamentar seja de 60 km/h. A uma distância de 50 m, o motorista percebe a existência de um radar fotográfico e, bruscamente, inicia a frenagem com uma desaceleração de 5 m/s2. Sobre a ação do condutor, é correto afirmar que o veículo a) não terá sua imagem capturada, pois passa pelo radar com velocidade de 50 km/h. b) não terá sua imagem capturada, pois passa pelo radar com velocidade de 60 km/h. c) terá sua imagem capturada, pois passa pelo radar com velocidade de 64 km/h. d) terá sua imagem capturada, pois passa pelo radar com velocidade de 66 km/h. e) terá sua imagem capturada, pois passa pelo radar com velocidade de 72 km/h. 15. (Unesp) Um foguete lançador de satélites, partindo do repouso, atinge a velocidade de 5.400 𝑘𝑚 ℎ após 50 segundos. Supondo que esse foguete se desloque em trajetória retilínea, sua aceleração escalar média é de a) 30 𝑚 𝑠2 . b) 150 𝑚 𝑠2 . c) 388 𝑚 𝑠2 . d) 108 𝑚 𝑠2 . e) 54 𝑚 𝑠2 . 16. (Enem) Um motorista que atende a uma chamada de celular é levado à desatenção, aumentando a possibilidade de acidentes ocorrerem em razão do aumento de seu tempo de reação. Considere dois motoristas, o primeiro atento e o segundo utilizando o celular enquanto dirige. Eles aceleram seus carros inicialmente a 1,00 𝑚𝑠2 . Em resposta a uma emergência, freiam com uma desaceleração igual a 5,00 𝑚 𝑠2 , O motorista atento aciona o freio à velocidade de 14,0 𝑚 𝑠 , enquanto o desatento, em situação análoga, leva 1,00 segundo a mais para iniciar a frenagem. Que distância o motorista desatento percorre a mais do que o motorista atento, até a parada @matematicacomarua LISTA DE EXERCÍCIOS – MOVIMENTO UNIFORMEMENTE VARIADO, QUEDA LIVRE E MOVIMENTO VERTICAL – PROFESSOR ARUÃ DIAS Página 5 de 31 total dos carros? a) 2,90 𝑚 b) 14,0 𝑚 c) 14,5 𝑚 d) 15,0 𝑚 e) 17,4 𝑚 17. (Fuvest) Em uma tribo indígena de uma ilha tropical, o teste derradeiro de coragem de um jovem é deixar-se cair em um rio, do alto de um penhasco. Um desses jovens se soltou verticalmente, a partir do repouso, de uma altura de 45 𝑚 em relação à superfície da água. O tempo decorrido, em segundos, entre o instante em que o jovem iniciou sua queda e aquele em que um espectador, parado no alto do penhasco, ouviu o barulho do impacto do jovem na água é, aproximadamente, Note e adote: - Considere o ar em repouso e ignore sua resistência. - Ignore as dimensões das pessoas envolvidas. - Velocidade do som no ar: 360 𝑚 𝑠 . - Aceleração da gravidade: 10 𝑚 𝑠2 . a) 3,1. b) 4,3. c) 5,2. d) 6,2. e) 7,0. 18. (Enem) Dois veículos que trafegam com velocidade constante em uma estrada, na mesma direção e sentido, devem manter entre si uma distância mínima. Isso porque o movimento de um veículo, até que ele pare totalmente, ocorre em duas etapas, a partir do momento em que o motorista detecta um problema que exige uma freada brusca. A primeira etapa é associada à distância que o veículo percorre entre o intervalo de tempo da detecção do problema e o acionamento dos freios. Já a segunda se relaciona com a distância que o automóvel percorre enquanto os freios agem com desaceleração constante. Considerando a situação descrita, qual esboço gráfico representa a velocidade do automóvel em relação à distância percorrida até parar totalmente? a) b) @matematicacomarua LISTA DE EXERCÍCIOS – MOVIMENTO UNIFORMEMENTE VARIADO, QUEDA LIVRE E MOVIMENTO VERTICAL – PROFESSOR ARUÃ DIAS Página 6 de 31 c) d) e) 19. (Enem) Para medir o tempo de reação de uma pessoa, pode-se realizar a seguinte experiência: I. Mantenha uma régua (com cerca de 30 cm) suspensa verticalmente, segurando-a pela extremidade superior, de modo que o zero da régua esteja situado na extremidade inferior. II. A pessoa deve colocar os dedos de sua mão, em forma de pinça, próximos do zero da régua, sem tocá-la. III. Sem aviso prévio, a pessoa que estiver segurando a régua deve soltá-la. A outra pessoa deve procurar segurá-la o mais rapidamente possível e observar a posição onde conseguiu segurar a régua, isto é, a distância que ela percorre durante a queda. O quadro seguinte mostra a posição em que três pessoas conseguiram segurar a régua e os respectivos tempos de reação. Distância percorrida pela régua durante a queda (metro) Tempo de reação (segundo) 0,30 0,24 0,15 0,17 0,10 0,14 Disponível em: http://br.geocities.com. Acesso em: 1 fev. 2009. A distância percorrida pela régua aumenta mais rapidamente que o tempo de reação porque a a) energia mecânica da régua aumenta, o que a faz cair mais rápido. b) resistência do ar aumenta, o que faz a régua cair com menor velocidade. c) aceleração de queda da régua varia, o que provoca um movimento acelerado. @matematicacomarua LISTA DE EXERCÍCIOS – MOVIMENTO UNIFORMEMENTE VARIADO, QUEDA LIVRE E MOVIMENTO VERTICAL – PROFESSOR ARUÃ DIAS Página 7 de 31 d) força peso da régua tem valor constante, o que gera um movimento acelerado. e) velocidade da régua é constante, o que provoca uma passagem linear de tempo. 20. (Unicamp) A demanda por trens de alta velocidade tem crescido em todo o mundo. Uma preocupação importante no projeto desses trens é o conforto dos passageiros durante a aceleração. Sendo assim, considere que, em uma viagem de trem de alta velocidade, a aceleração experimentada pelos passageiros foi limitada a 𝑎𝑚𝑎𝑥 onde 𝑔 = 10 𝑚/𝑠 2 é a aceleração da gravidade. Se o trem acelera a partir do repouso com aceleração constante igual a 𝑎𝑚𝑎𝑥 a distância mínima percorrida pelo trem para atingir uma velocidade de 1080 𝑘𝑚/ℎ corresponde a a) 10 𝑘𝑚. b) 20 𝑘𝑚. c) 50 𝑘𝑚. d) 100 𝑘𝑚. 21. (Uerj) O cérebro humano demora cerca de 0,36 segundos para responder a um estímulo. Por exemplo, se um motorista decide parar o carro, levará no mínimo esse tempo de resposta para acionar o freio. Determine a distância que um carro a 100 km/h percorre durante o tempo de resposta do motorista e calcule a aceleração média imposta ao carro se ele para totalmente em 5 segundos. 22. (Mackenzie) Um móvel varia sua velocidade escalar de acordo com o diagrama acima. A velocidade escalar média e a aceleração escalar média nos 10,0 𝑠 iniciais são, respectivamente, a) 3,8 𝑚 𝑠 e 0,20 𝑚 𝑠2 b) 3,4 𝑚 𝑠 e 0,40 𝑚 𝑠2 c) 3,0 𝑚 𝑠 e 2,0 𝑚 𝑠2 d) 3,4 𝑚 𝑠 e 2,0 𝑚 𝑠2 e) 4,0 𝑚 𝑠 e 0,60 𝑚 𝑠2 23. (Ufpr) Um motorista conduz seu automóvel pela BR-277 a uma velocidade de 108 km/h quando avista uma barreira na estrada, sendo obrigado a frear (desaceleração de 5 m/s2) e parar o veículo após certo tempo. Pode-se afirmar que o tempo e a distância de frenagem serão, respectivamente: a) 6 s e 90 m. b) 10 s e 120 m. @matematicacomarua LISTA DE EXERCÍCIOS – MOVIMENTO UNIFORMEMENTE VARIADO, QUEDA LIVRE E MOVIMENTO VERTICAL – PROFESSOR ARUÃ DIAS Página 8 de 31 c) 6 s e 80 m. d) 10 s e 200 m. e) 6 s e 120 m. 24. (Upf) Sobre um rio, há uma ponte de 20 metros de altura de onde um pescador deixa cair um anzol ligado a um peso de chumbo. Esse anzol, que cai a partir do repouso e em linha reta, atinge uma lancha que se deslocava com velocidade constante de 20 𝑚 𝑠 por esse rio. Nessas condições, desprezando a resistência do ar e admitindo que a aceleração gravitacional seja 10 𝑚 𝑠2 , pode-se afirmar que no exato momento do início da queda do anzol a lancha estava a uma distância do vertical da queda, em metros, de: a) 80 b) 100 c) 40 d) 20 e) 60 25. (Efomm) Em um determinado instante um objeto é abandonado de uma altura 𝐻 do solo e, 2,0 segundos mais tarde, outro objeto é abandonado de uma altura ℎ, 120 metros abaixo de 𝐻. Determine o valor 𝐻, em 𝑚, sabendo que os dois objetos chegam juntos ao solo e a aceleração da gravidade é 𝑔 = 10 𝑚 𝑠2 . a) 150 b) 175 c) 215 d) 245 e) 300 26. (G1 - cftmg) Dois amigos, Pedro e Francisco, planejam fazer um passeio de bicicleta e combinam encontrarem-se no meio do caminho. Pedro fica parado no local marcado, aguardando a chegada do amigo. Francisco passa pelo ponto de encontro com uma velocidade constante de 9,0 𝑚 𝑠 . No mesmo instante, Pedro começa a se mover com uma aceleração também constante de 0,30 𝑚 𝑠2 . A distância percorrida por Pedro até alcançar Francisco, em metros, é igual a a) 30. b) 60. c) 270. d) 540. 27. (Eear) Ao término de uma formatura da EEAR, um terceiro sargento recém-formado, para comemorar, lançou seu quepe para cima na direção vertical, até uma altura de 9,8 metros. Adotando 𝑔 = 10 𝑚 𝑠2 e desconsiderando o atrito com o ar, a velocidade de lançamento, em 𝑚 𝑠 , foi de a) 8 b) 14 c) 20 d) 26 @matematicacomarua LISTA DE EXERCÍCIOS – MOVIMENTO UNIFORMEMENTE VARIADO, QUEDA LIVRE E MOVIMENTO VERTICAL – PROFESSOR ARUÃ DIAS Página 9 de 31 28. (Cefet MG) Um objeto tem a sua posição (x) em função do tempo (t) descrito pela parábola conforme o gráfico. Analisando-seesse movimento, o módulo de sua velocidade inicial, em m/s, e de sua aceleração, em m/s2, são respectivamente iguais a a) 10 e 20. b) 10 e 30. c) 20 e 10. d) 20 e 30. e) 30 e 10. 29. (Enem PPL) Ao soltar um martelo e uma pena na Lua em 1973, o astronauta David Scott confirmou que ambos atingiram juntos a superfície. O cientista italiano Galilei Galilei (1564- 1642), um dos maiores pensadores de todos os tempos, previu que, se minimizarmos a resistência do ar, os corpos chegariam juntos à superfície. OLIVEIRA, A. A influência do olhar Disponível em: www.cienciahoje.org.br. Acesso em: 15 ago. 2016 (adaptado). Na demonstração, o astronauta deixou cair em um mesmo instante e de uma mesma altura um martelo de 1,32 𝑘𝑔 e uma pena de 30 𝑔. Durante a queda no vácuo, esses objetos apresentam iguais a) inércias. b) impulsos. c) trabalhos. d) acelerações. e) energias potenciais. 30. (Uern) Seja o gráfico da velocidade em função do tempo de um corpo em movimento retilíneo uniformemente variado representado abaixo. @matematicacomarua LISTA DE EXERCÍCIOS – MOVIMENTO UNIFORMEMENTE VARIADO, QUEDA LIVRE E MOVIMENTO VERTICAL – PROFESSOR ARUÃ DIAS Página 10 de 31 Considerando a posição inicial desse movimento igual a 46 m, então a posição do corpo no instante t = 8 s é a) 54 m. b) 62 m. c) 66 m. d) 74 m. 31. (Enem PPL) Um longo trecho retilíneo de um rio tem um afluente perpendicular em sua margem esquerda, conforme mostra a figura. Observando de cima, um barco trafega com velocidade constante pelo afluente para entrar no rio. Sabe-se que a velocidade da correnteza desse rio varia uniformemente, sendo muito pequena junto à margem e máxima no meio. O barco entra no rio e é arrastado lateralmente pela correnteza, mas o navegador procura mantê- lo sempre na direção perpendicular à correnteza do rio e o motor acionado com a mesma potência. Pelas condições descritas, a trajetória que representa o movimento seguido pelo barco é: a) b) c) @matematicacomarua LISTA DE EXERCÍCIOS – MOVIMENTO UNIFORMEMENTE VARIADO, QUEDA LIVRE E MOVIMENTO VERTICAL – PROFESSOR ARUÃ DIAS Página 11 de 31 d) e) 32. (Enem) Você foi contratado para sincronizar os quatro semáforos de uma avenida, indicados pelas letras 𝑂, 𝐴, 𝐵 e 𝐶, conforme a figura. Os semáforos estão separados por uma distância de 500 𝑚. Segundo os dados estatísticos da companhia controladora de trânsito, um veículo, que está inicialmente parado no semáforo 𝑂, tipicamente parte com aceleração constante de 1 𝑚 𝑠−2 até atingir a velocidade de 72 𝑘𝑚 ℎ−1 e, a partir daí, prossegue com velocidade constante. Você deve ajustar os semáforos A, B e C de modo que eles mudem para a cor verde quando o veículo estiver a 100 𝑚 de cruzá-los, para que ele não tenha que reduzir a velocidade em nenhum momento. Considerando essas condições, aproximadamente quanto tempo depois da abertura do semáforo 𝑂 os semáforos 𝐴, 𝐵 e 𝐶 devem abrir, respectivamente? a) 20 𝑠, 45 𝑠 e 70 𝑠. b) 25 𝑠, 50 𝑠 e 75 𝑠. c) 28 𝑠, 42 𝑠 e 53 𝑠. d) 30 𝑠, 55 𝑠 e 80 𝑠. e) 35 𝑠, 60 𝑠 e 85 𝑠. 33. (Enem PPL) Em uma experiência didática, cinco esferas de metal foram presas em um barbante, de forma que a distância entre esferas consecutivas aumentava em progressão aritmética. O barbante foi suspenso e a primeira esfera ficou em contato com o chão. Olhando o barbante de baixo para cima, as distâncias entre as esferas ficavam cada vez maiores. Quando o barbante foi solto, o som das colisões entre duas esferas consecutivas e o solo foi gerado em intervalos de tempo exatamente iguais. A razão de os intervalos de tempo citados serem iguais é que a a) velocidade de cada esfera é constante. b) força resultante em cada esfera é constante. c) aceleração de cada esfera aumenta com o tempo. d) tensão aplicada em cada esfera aumenta com o tempo. e) energia mecânica de cada esfera aumenta com o tempo. 34. (Enem PPL) Um foguete viaja pelo espaço sideral com os propulsores desligados. A velocidade inicial �⃗� tem módulo constante e direção perpendicular à ação dos propulsores, conforme indicado na figura. O piloto aciona os propulsores para alterar a direção do movimento quando o foguete passa pelo ponto 𝐴 e os desliga quando o módulo de sua @matematicacomarua LISTA DE EXERCÍCIOS – MOVIMENTO UNIFORMEMENTE VARIADO, QUEDA LIVRE E MOVIMENTO VERTICAL – PROFESSOR ARUÃ DIAS Página 12 de 31 velocidade final é superior a √2|�⃗�|, o que ocorre antes de passar pelo ponto 𝐵. Considere as interações desprezíveis. A representação gráfica da trajetória seguida pelo foguete, antes e depois de passar pelo ponto 𝐵, é: a) b) c) d) @matematicacomarua LISTA DE EXERCÍCIOS – MOVIMENTO UNIFORMEMENTE VARIADO, QUEDA LIVRE E MOVIMENTO VERTICAL – PROFESSOR ARUÃ DIAS Página 13 de 31 e) 35. (Enem PPL) Os acidentes de trânsito são causados geralmente por excesso de velocidade. Em zonas urbanas no Brasil, o limite de velocidade normalmente adotado é de 60 𝑘𝑚 ⋅ ℎ−1. Uma alternativa para diminuir o número de acidentes seria reduzir esse limite de velocidade. Considere uma pista seca em bom estado, onde um carro é capaz de frear com uma desaceleração constante de 5 𝑚 ⋅ 𝑠−2 e que o limite de velocidade reduza de 60 𝑘𝑚 ⋅ ℎ−1 para 50 𝑘𝑚 ⋅ ℎ−1. Nessas condições, a distância necessária para a frenagem desde a velocidade limite até a parada completa do veículo será reduzida em um valor mais próximo de a) 1 m. b) 9 m. c) 15 m. d) 19 m. e) 38 m. 36. (Enem) No seu estudo sobre a queda dos corpos, Aristóteles afirmava que se abandonarmos corpos leves e pesados de uma mesma altura, o mais pesado chegaria mais rápido ao solo. Essa ideia está apoiada em algo que é difícil de refutar, a observação direta da realidade baseada no senso comum. Após uma aula de física, dois colegas estavam discutindo sobre a queda dos corpos, e um tentava convencer o outro de que tinha razão: Colega A: “O corpo mais pesado cai mais rápido que um menos pesado, quando largado de uma mesma altura. Eu provo, largando uma pedra e uma rolha. A pedra chega antes. Pronto! Tá provado!”. Colega B: Eu não acho! Peguei uma folha de papel esticado e deixei cair. Quando amassei, ela caiu mais rápido. Como isso é possível? Se era a mesma folha de papel, deveria cair do mesmo jeito. Tem que ter outra explicação!”. HÜLSENDEGER, M. Uma análise das concepções dos alunos sobre a queda dos corpos. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, n. 3, dez. 2004 (adaptado). O aspecto físico comum que explica a diferença de comportamento dos corpos em queda nessa discussão é o(a) a) peso dos corpos. b) resistência do ar. c) massa dos corpos. d) densidade dos corpos. e) aceleração da gravidade. TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: @matematicacomarua LISTA DE EXERCÍCIOS – MOVIMENTO UNIFORMEMENTE VARIADO, QUEDA LIVRE E MOVIMENTO VERTICAL – PROFESSOR ARUÃ DIAS Página 14 de 31 Considere o módulo da aceleração da gravidade como 𝑔 = 10,0 𝑚 𝑠 2 e a constante da gravitação universal como 𝐺 = 6,7 × 10−11 𝑚3𝑘𝑔−1𝑠−2 e utilize 𝜋 = 3. 37. (Upe-ssa 1) Em um treino de corrida, a velocidade de um atleta foi registrada em funçăo do tempo, conforme ilustra a figura a seguir. A distância total percorrida pelo corredor, em metros, durante o período de tempo em que ele possuía aceleraçăo diferente de zero, é a) 4 b) 7 c) 8 d) 14 e) 22 38. (Mackenzie) Nos testes realizados em um novo veículo, observou-se que ele percorre 100 𝑚 em 5 𝑠, a partir do repouso. A aceleração do veículo é constante nesse intervalo de tempo e igual a a) 2 𝑚 𝑠2 b) 4 𝑚 𝑠2 c) 6 𝑚 𝑠2 d) 8 𝑚 𝑠2 e) 10 𝑚𝑠2 39. (Espcex (Aman)) Um carro está desenvolvendo uma velocidade constante de 72 km ℎ em uma rodovia federal. Ele passa por um trecho da rodovia que está em obras, onde a velocidade máxima permitida é de 60 km ℎ . Após 5 𝑠 da passagem do carro, uma viatura policial inicia uma perseguição, partindo do repouso e desenvolvendo uma aceleração constante. A viatura se desloca 2,1 km até alcançar o carro do infrator. Nesse momento, a viatura policial atinge a velocidade de a) 20 m/s b) 24 m/s @matematicacomarua LISTA DE EXERCÍCIOS – MOVIMENTO UNIFORMEMENTE VARIADO, QUEDA LIVRE E MOVIMENTO VERTICAL – PROFESSOR ARUÃ DIAS Página 15 de 31 c) 30 m/s d) 38 m/s e) 42 m/s 40. (G1 - ifsul) Em uma experiência de cinemática, estudantes analisaram o movimento de um objeto que foi lançado verticalmente para cima a partir do solo. Eles verificaram que o objeto passa por um determinado ponto 0,5 𝑠 depois do lançamento, subindo, e passa pelo mesmo ponto 3,5 𝑠 depois do lançamento, descendo. Considerando que essa experiência foi realizada em um local onde a aceleração da gravidade é igual a 10 𝑚 𝑠2 e que foram desprezadas quaisquer formas de atrito no movimento do objeto, os estudantes determinaram que a velocidade de lançamento e altura máxima atingida pelo objeto em relação ao solo são, respectivamente, iguais a: a) 20 𝑚 𝑠 e 10 𝑚 b) 20 𝑚 𝑠 e 20 𝑚 c) 15 𝑚 𝑠 e 11,25 𝑚 d) 15 𝑚 𝑠 e 22,50 𝑚 41. (G1 - cps) O café é consumido há séculos por vários povos não apenas como bebida, mas também como alimento. Descoberto na Etiópia, o café foi levado para a Península Arábica e dali para a Europa, chegando ao Brasil posteriormente. (Revista de História da Biblioteca Nacional, junho de 2010. Adaptado) (http://4.bp.blogspot.com/_B_Fq5YJKtaM/SvxFUVdAk4I/AAAAAAAAAIs/KrRUUfw... Acesso em: 03.09.2011.) No Brasil, algumas fazendas mantêm antigas técnicas para a colheita de café. Uma delas é a de separação do grão e da palha que são depositados em uma peneira e lançados para cima. Diferentemente da palha, que é levada pelo ar, os grãos, devido à sua massa e forma, atravessam o ar sem impedimentos alcançando uma altura máxima e voltando à peneira. Um grão de café, após ter parado de subir, inicia uma queda que demora 0,3 𝑠, chegando à peneira com velocidade de intensidade, em m/s, Dado: Aceleração da gravidade: 𝑔 = 10 𝑚 𝑠2 . a) 1. b) 3. @matematicacomarua LISTA DE EXERCÍCIOS – MOVIMENTO UNIFORMEMENTE VARIADO, QUEDA LIVRE E MOVIMENTO VERTICAL – PROFESSOR ARUÃ DIAS Página 16 de 31 c) 9. d) 10. e) 30. 42. (G1 - ifsp) Quando estava no alto de sua escada, Arlindo deixou cair seu capacete, a partir do repouso. Considere que, em seu movimento de queda, o capacete tenha demorado 2 segundos para tocar o solo horizontal. Supondo desprezível a resistência do ar e adotando g = 10 m/s2, a altura h de onde o capacete caiu e a velocidade com que ele chegou ao solo valem, respectivamente, a) 20 m e 20 m/s. b) 20 m e 10 m/s. c) 20 m e 5 m/s. d) 10 m e 20 m/s. e) 10 m e 5 m/s. 43. (G1 - cftmg) Deixa-se uma bola cair e ela desce com uma aceleração de 10 𝑚 𝑠2 . Se a mesma bola é jogada para cima, na vertical, no instante em que ela atinge a máxima altura, a sua aceleração é a) zero. b) igual a 10 𝑚 𝑠2 . c) maior que 10 𝑚 𝑠2 . d) menor que 10 𝑚 𝑠2 . 44. (Efomm) Um trem deve partir de uma estação 𝐴 e parar na estação 𝐵, distante 4 𝑘𝑚 de 𝐴. A aceleração e a desaceleração podem ser, no máximo, de 5,0 𝑚 𝑠2 , e a maior velocidade que o @matematicacomarua LISTA DE EXERCÍCIOS – MOVIMENTO UNIFORMEMENTE VARIADO, QUEDA LIVRE E MOVIMENTO VERTICAL – PROFESSOR ARUÃ DIAS Página 17 de 31 trem atinge é de 72 𝑘𝑚 ℎ . O tempo mínimo para o trem completar o percurso de 𝐴 a 𝐵 é, em minutos, de: a) 1,7 b) 2,0 c) 2,5 d) 3,0 e) 3,4 45. (G1 - ifsc) Joana, uma dedicada agricultora, colocou várias laranjas sobre uma mesa cuja altura é 0,80 𝑚. Considerando que uma dessas laranjas caiu em queda livre, isto é, sem a interferência do ar, assinale a alternativa CORRETA. a) A laranja caiu com energia cinética constante. b) A laranja caiu com velocidade constante. c) A laranja caiu com aceleração constante. d) A laranja caiu com energia potencial constante. e) O movimento da laranja foi retilíneo e uniforme. 46. (Uern) O gráfico representa a variação da velocidade de um automóvel ao frear. Se nos 4𝑠 da frenagem o automóvel deslocou 40𝑚, então a velocidade em que se encontrava no instante em que começou a desacelerar era de a) 72𝑘𝑚/ℎ. b) 80𝑘𝑚/ℎ. c) 90𝑘𝑚/ℎ. d) 108𝑘𝑚/ℎ. @matematicacomarua LISTA DE EXERCÍCIOS – MOVIMENTO UNIFORMEMENTE VARIADO, QUEDA LIVRE E MOVIMENTO VERTICAL – PROFESSOR ARUÃ DIAS Página 18 de 31 Gabarito: Resposta da questão 1: [C] Dados: a = 10 m/s2; v0 = 0; v = 90 km/h = 25 m/s. 𝑎 = Δ𝑣 Δ𝑡 ⇒ Δ𝑡 = Δ𝑣 𝑎 = 25−0 10 ⇒ Δ𝑡 = 2,5 s. Resposta da questão 2: [B] Da função horária da velocidade para o movimento uniformemente variado: 𝑣 = 𝑣0 + 𝑎 𝑡 ⇒ 𝑣 = 0 + 2(7) ⇒ 𝑣 = 14 𝑚 𝑠. Resposta da questão 3: [A] Aplicando a equação de Torricelli, obtemos: 𝑣2 = 𝑣0 2 + 2𝑎Δ𝑠 𝑣2 = 0 + 2 ⋅ 10 ⋅ 5 𝑣2 = 100 ∴ 𝑣 = 10 𝑚 𝑠 Resposta da questão 4: [A] Pelos dados do enunciado e pela função horária do espaço para um MRUV, temos que: 𝑆 = 𝑆0 + 𝑣0 ⋅ 𝑡 + 𝑎 ⋅ 𝑡2 2 𝑆 = 40 − 30 ⋅ 4 + 10 ⋅ 16 2 𝑆 = 40 − 120 + 80 𝑆 = 0 𝑚 Resposta da questão 5: [A] Usando a equação de Torricelli com a = g = 10 m/s2 e Δ𝑆 = ℎ = 20m. 𝑣2 = 𝑣0 2 + 2𝑔 ℎ ⇒ v2 = 0 + 2 ⋅ 10 ⋅ 20 = 400 ⇒ 𝑣 = 20 m/s. Resposta da questão 6: [B] Do gráfico { 𝑣0 = 5 𝑚 𝑠; 𝑎 = Δ𝑣 Δ𝑡 = 10−5 4−0 ⇒ 𝑎 = 1,25 𝑚 𝑠2. @matematicacomarua LISTA DE EXERCÍCIOS – MOVIMENTO UNIFORMEMENTE VARIADO, QUEDA LIVRE E MOVIMENTO VERTICAL – PROFESSOR ARUÃ DIAS Página 19 de 31 Substituindo na função que dá o deslocamento: Δ𝑆 = 𝑣0 𝑡 + 𝑎 2 𝑡2 ⇒ Δ𝑆 = 5 𝑡 + 1,25 2 𝑡2 ⇒ Δ𝑆 = 5 𝑡 + 0,625 𝑡2. Resposta da questão 7: [B] Da equação da altura percorrida na queda livre, temos: ℎ = 1 2 𝑔𝑡2 ℎ1 = 1 2 ⋅ 10 ⋅ 22 ⇒ ℎ1 = 20 𝑚 ℎ2 = 1 2 ⋅ 10 ⋅ 1, 62 ⇒ ℎ2 = 12,8 𝑚 Portanto, o nível da água elevou-se em: Δℎ = 20 − 12,8 ∴ Δℎ = 7,2 𝑚 Resposta da questão 8: Da definição de aceleração escalar média: 𝑎𝑚 = Δ𝑣 Δ𝑡 ⇒ Δ𝑡 = Δ𝑣 𝑎𝑚 = 80 − 0 2 ⇒ Δ𝑡 = 40 𝑠. Da equação de Torricelli: 2 2 2 0 m 80 v v 2 a S S S 1.600 m. 4 = + = = A pista deve ter comprimento mínimo igual à distância percorrida pelo avião na decolagem. Assim, D = 1.600 m. Resposta da questão 9: [B] Supondo essas acelerações constantes, aplicando a equação de Torricelli para o movimento uniformemente retardado, vem: 𝑣2 = 𝑣0 2 − 2 𝑎 Δ𝑆 ⇒ 02 = 𝑣0 2 − 2 𝑎 Δ𝑆 ⇒ 𝑎 = 𝑣0 2 2 Δ𝑆 ⇒ { 𝑎1 = 202 2 ⋅ 400 ⇒ 𝑎1 = 0,5 m/s 2 𝑎2 = 202 2 ⋅ 250 ⇒ 𝑎1 = 0,8 m/s 2 ⟩ ⇒ |𝑎1 − 𝑎2| = |0,5 − 0,8| ⇒ |𝑎1 − 𝑎2| = 0,3 m/s 3. Resposta da questão 10: [B] 𝐷𝑎𝑑𝑜𝑠: v = 540 km/h = 150 m/s; Δ𝑡 = 2,5 𝑚𝑖𝑛 =150 𝑠. @matematicacomarua LISTA DE EXERCÍCIOS – MOVIMENTO UNIFORMEMENTE VARIADO, QUEDA LIVRE E MOVIMENTO VERTICAL – PROFESSOR ARUÃ DIAS Página 20 de 31 𝑎 = Δ𝑣 Δ𝑡 150−0 150 𝑎=1 m/s2. Resposta da questão 11: [A] Funções horárias da velocidade e do espaço para o para o Movimento Uniformemente Variado: { 𝑣 = 𝑣0 + 𝑎𝑡 ⇒ v = 0 + 3 ⋅ 4 ⇒ 𝑣 = 12,0m/s. Δ𝑆 = 𝑣0𝑡 + 𝑎 2 𝑡2 ⇒ Δ𝑆 = 0 + 3 2 ⋅ 42 ⇒ 𝑣 = 24,0𝑚. Resposta da questão 12: [E] Como a aceleração escalar é constante, o movimento é uniformementevariado. Aplicando a equação de Torricelli: 𝑣2 = 𝑣0 2 + 2𝑎Δ𝑆 ⇒ Δ𝑆 = 𝑣2−𝑣0 2 2𝑎 = 0−202 −4 ⇒ Δ𝑆 = 100𝑚. Resposta da questão 13: [A] Dado: 𝑣 = 20 𝑚 𝑠 ; ℎ = 15𝑚; 𝑔 = 10 𝑚 𝑠2 . Aplicando a equação de Torricelli: 𝑣2 = 𝑣0 2 + 2𝑔ℎ ⇒ 𝑣0 = √𝑣 2 − 2𝑔ℎ = √202 − 2 × 10 × 15 = √100 ⇒ 𝑣0 = 10 𝑚 𝑠. Resposta da questão 14: [E] Da equação de Torricelli: 𝑣2 = 𝑣0 2 − 2 𝑎 Δ𝑆 ⇒ 𝑣2 = 302 − 2 ⋅ 5 ⋅ 50 ⇒ 𝑣2 = 400 ⇒ 𝑣 = 20 m/s ⇒ 𝑣 = 72 km/h. Resposta da questão 15: [A] 5400 𝑘𝑚 ℎ = 1500 𝑚 𝑠 Pela equação horária da velocidade, temos: 𝑣 = 𝑣0 + 𝑎𝑡 1500 = 0 + 𝑎 ⋅ 50 ∴ 𝑎 = 30 𝑚 𝑠2 @matematicacomarua LISTA DE EXERCÍCIOS – MOVIMENTO UNIFORMEMENTE VARIADO, QUEDA LIVRE E MOVIMENTO VERTICAL – PROFESSOR ARUÃ DIAS Página 21 de 31 Resposta da questão 16: [E] Para o motorista atento, temos: Tempo e distância percorrida até atingir 14 𝑚 𝑠 a partir do repouso: 𝑣 = 𝑣0 + 𝑎𝑡 14 = 0 + 1 ⋅ 𝑡1 ⇒ 𝑡1 = 14 𝑠 𝑣2 = 𝑣0 2 + 2𝑎Δ𝑠 142 = 02 + 2 ⋅ 1 ⋅ 𝑑1 ⇒ 𝑑1 = 98 𝑚 Distância percorrida até parar: 02 = 142 + 2 ⋅ (−5) ⋅ 𝑑1' ⇒ 𝑑1' = 19,6 𝑚 Distância total percorrida: Δ𝑠1 = 𝑑1 + 𝑑1' = 98 + 19,6 ⇒ Δ𝑠1 = 117,6 𝑚 Para o motorista que utiliza o celular, temos: 𝑡2 = 𝑡1 + 1 ⇒ 𝑡2 = 15 𝑠 Velocidade atingida e distância percorrida em 15 𝑠 a partir do repouso: 𝑣2 = 0 + 1 ⋅ 15 ⇒ 𝑣2 = 15 𝑚 𝑠 152 = 02 + 2 ⋅ 1 ⋅ 𝑑2 ⇒ 𝑑2 = 112,5 𝑚 Distância percorrida até parar: 02 = 152 + 2 ⋅ (−5) ⋅ 𝑑2' ⇒ 𝑑2' = 22,5 𝑚 Distância total percorrida: Δ𝑠2 = 𝑑2 + 𝑑2' = 112,5 + 22,5 ⇒ Δ𝑠2 = 135 𝑚 Portanto, a distância percorrida a mais pelo motorista desatento é de: Δ𝑠 = Δ𝑠2 − Δ𝑠1 = 135 − 117,6 ∴ Δ𝑠 = 17,4 𝑚 Resposta da questão 17: [A] Dados: 𝐻 = 45 𝑚; 𝑔 = 10 𝑚 𝑠2; 𝑣=360 𝑚 𝑠. Cálculo do tempo de queda livre do jovem (𝑡1): 𝐻 = 1 2 𝑔 𝑡1 2 ⇒ 𝑡1 = √ 2 𝐻 𝑔 = √ 2 × 45 10 ⇒ 𝑡1 = 3 𝑠. Cálculo do tempo de subida do som (𝑡2): 𝐻 = 𝑣 𝑡2 ⇒ 𝑡2 = 𝐻 𝑣 = 45 360 = 1 8 𝑠 ⇒ 𝑡2 = 0,125 𝑠. O tempo total é: @matematicacomarua LISTA DE EXERCÍCIOS – MOVIMENTO UNIFORMEMENTE VARIADO, QUEDA LIVRE E MOVIMENTO VERTICAL – PROFESSOR ARUÃ DIAS Página 22 de 31 Δ𝑡 = 𝑡1 + 𝑡2 = 3 + 0,125 ⇒ Δ𝑡 ≅ 3,1 𝑠. Resposta da questão 18: [D] Durante o tempo de reação do condutor, a velocidade escalar é constante. Portanto, durante esse intervalo de tempo, o gráfico da velocidade escalar em função da distância é um segmento de reta horizontal. A partir da aplicação dos freios, se a desaceleração tem intensidade constante, o movimento é uniformemente variado (MUV). Então o módulo da velocidade escalar varia com a distância percorrida (𝐷) de acordo com a equação de Torricelli: 𝑣2 = 𝑣0 2 − 2𝑎𝐷 ⇒ 𝑣 = √𝑣0 2 − 2𝑎𝐷. O gráfico dessa expressão é um arco de parábola de concavidade para baixo. Resposta da questão 19: [D] O peso da régua é constante (P = mg). Desprezando a resistência do ar, trata-se de uma queda livre, que é um movimento uniformemente acelerado, com aceleração de módulo a = g. A distância percorrida na queda (h) varia com o tempo conforme a expressão: ℎ = 1 2 𝑔𝑡2. Dessa expressão, conclui-se que a distância percorrida é diretamente proporcional ao quadrado do tempo de queda, por isso ela aumenta mais rapidamente que o tempo de reação. Resposta da questão 20: [C] Dados: ( ) 2max 0a 0,09 g 0,09 10 0,9 m/s ; v 0; v 1080 km/h 300 m/s.= = = = = = A distância é mínima quando a aceleração escalar é máxima. Na equação de Torricelli: 2 2 2 2 2 2 0 0 max min min max min v v 300 0 90.000 v v 2 a d d 50.000 m 2 a 2 0,9 1,8 d 50 km. − − = + = = = = = Resposta da questão 21: → Distância percorrida durante o tempo de resposta: Dados: v = 100 km/h = (100/3,6) m/s; Δ𝑡 = 0,36𝑠. 𝐷 = 𝑣 Δ𝑡 = 100 3,6 × 0,36 ⇒ 𝐷 = 10 m. → Aceleração média de frenagem: Dados: v0 = 100 km/h = (100/3,6) m/s; v = 0; Δ𝑡 = 5𝑠. Supondo trajetória retilínea, a aceleração escalar é: @matematicacomarua LISTA DE EXERCÍCIOS – MOVIMENTO UNIFORMEMENTE VARIADO, QUEDA LIVRE E MOVIMENTO VERTICAL – PROFESSOR ARUÃ DIAS Página 23 de 31 𝑎 = Δ𝑣 Δ𝑡 = 0− 100 3,6 5 ⇒ 𝑎 = −5,6 m/s2. Resposta da questão 22: [A] 𝑡 = 0 𝑠 até 𝑡 = 4,0 𝑠 𝑎 = Δ𝑉 Δ𝑡 ⇒ 𝑎 = 6 − (−2) 4 − 0 ⇒ 𝑎 = 2 𝑚 𝑠2 Dessa forma achamos o valor de 𝑡: 𝑉 = 𝑉0 + 𝑎𝑡 0 = −2 + 2𝑡 𝑡 = 1 𝑠 𝑡 = 0 𝑠 até 𝑡 = 1 𝑠 Δ𝑆1 = 𝑏 ⋅ ℎ 2 ⇒ Δ𝑆1 = 1 ⋅ 2 2 ⇒ Δ𝑆1 = 1 𝑚 𝑡 = 1 𝑠 até 𝑡 = 4 𝑠 Δ𝑆2 = 𝑏 ⋅ ℎ 2 ⇒ Δ𝑆2 = 3 ⋅ 6 2 ⇒ Δ𝑆1 = 9 𝑚 𝑡 = 4 𝑠 até 𝑡 = 8 𝑠 Δ𝑆3 = 4 ⋅ 6 ⇒ Δ𝑆3 = 24 𝑚 𝑡 = 8 𝑠 até 𝑡 = 10 𝑠 Δ𝑆4 = 𝑏ℎ 2 ⇒ Δ𝑆4 = 2 ⋅ 6 2 ⇒ Δ𝑆4 = 6 𝑚 Para acharmos a área total basta somar cada fragmento. Δ𝑆𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = −Δ𝑆1 + Δ𝑆2 + Δ𝑆3 + Δ𝑆4 = Δ𝑆𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = −1 + 9 + 24 + 6 Δ𝑆𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 38 𝑚 𝑉𝑚 = Δ𝑆𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 Δ𝑡 ⇒ 𝑉𝑚 = 38 10 ⇒ 𝑉𝑚 = 3,8 𝑚 𝑠 𝑎𝑚 = Δ𝑉 Δ𝑡 ⇒ 𝑎𝑚 = 0−(−2) 10 ⇒ 𝑎𝑚 = 0,2 𝑚 𝑠2 @matematicacomarua LISTA DE EXERCÍCIOS – MOVIMENTO UNIFORMEMENTE VARIADO, QUEDA LIVRE E MOVIMENTO VERTICAL – PROFESSOR ARUÃ DIAS Página 24 de 31 Resposta da questão 23: [A] Dados: v0 = 108 km/h = 30 m/s; a = - 5 m/s2. Calculando o tempo de frenagem: v = v0 + a t 0 = 30 – 5 t t = 6 s. Calculando a distância de frenagem: 𝑣2 = 𝑣0 2+ 2 a S 0 = 302 + 2 (- 5)S 10 S = 900 S = 90 m Resposta da questão 24: [C] O tempo de queda do anzol é idêntico ao gasto pela lancha para chegar imediatamente abaixo do lançamento, considerando a lancha um ponto material. Assim, a posição inicial da lancha no momento do lançamento é determinada. Tempo de queda: ℎ = 𝑔 2 𝑡2 ⇒ 𝑡 = √ 2ℎ 𝑔 𝑡 = √ 2 ⋅ 20 𝑚 10 𝑚 𝑠2 ∴ 𝑡 = 2 𝑠 Deslocamento da lancha: Considerando que a lancha estava passando na origem das posições no momento da queda do anzol, então, seu deslocamento em MRU é: 𝑥 = 𝑣 ⋅ 𝑡 ⇒ 𝑥 = 20 𝑚 𝑠 ⋅ 2 𝑠 𝑥 = 40 𝑚 Resposta da questão 25: [D] Para o primeiro objeto: 𝐻 = 1 2 ⋅ 10 ⋅ 𝑡2 ⇒ 𝐻 = 5𝑡2 (𝐼) Para o segundo objeto: ℎ = 1 2 ⋅ 10 ⋅ (𝑡 − 2)2 ⇒ 𝐻 − 120 = 5(𝑡 − 2)2 ⇒ 𝐻 = 120 + 5(𝑡 − 2)2 (𝐼𝐼) Fazendo (𝐼) = (𝐼𝐼): 5𝑡2 = 120 + 5(𝑡 − 2)2 ⇒ 5𝑡2 = 120 + 5𝑡2 − 20𝑡 + 20 ⇒ ⇒ 20𝑡 = 140 ⇒ 𝑡 = 7 𝑠 Substituindo esse valor em (I), obtemos: @matematicacomarua LISTA DE EXERCÍCIOS – MOVIMENTO UNIFORMEMENTE VARIADO, QUEDA LIVRE E MOVIMENTO VERTICAL – PROFESSOR ARUÃ DIAS Página 25 de 31 𝐻 = 5 ⋅ 72 ∴ 𝐻 = 245 𝑚 Resposta da questão 26: [D] O encontro dos dois amigos será realizado quando os dois tiverem a mesma posição. Vamos considerar as posições iniciais nulas para os dois. Para isso devemos representar as equações horárias das posições para cada um: Francisco realiza um movimento retilíneo uniforme (MRU): 𝑠𝐹 = 𝑠0 + 𝑣𝐹 ⋅ 𝑡 ∴ 𝑠𝐹 = 9𝑡 Pedro realiza um movimento retilíneo uniformemente variado (MRUV): 𝑠𝑃 = 𝑠0 + 𝑣0 ⋅ 𝑡 + 𝑎 2 ⋅ 𝑡2 ∴ 𝑠𝑃 = 0,15𝑡 2 No encontro os dois têm a mesma posição: 𝑠𝐹 = 𝑠𝑃 ⇒ 9𝑡 = 0,15𝑡 2 ∴ { 𝑡' = 0 𝑠(𝑖𝑛í𝑐𝑖𝑜) 𝑡'' = 60 𝑠 (𝑡𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑜) Usando o tempo de encontro em qualquer equação horária, temos a posição do encontro no sistema de coordenadas: 𝑠𝑒𝑛𝑐 = 9𝑡 ⇒ 𝑠𝑒𝑛𝑐 = 9 ⋅ 60 ∴ 𝑠𝑒𝑛𝑐 = 540 𝑚 Resposta da questão 27: [B] 𝑉2 = 𝑉0 2 + 2 ⋅ 𝑎 ⋅ Δ𝑆 0 = 𝑉0 2 + 2 ⋅ 𝑔 ⋅ Δℎ −𝑉0 2 = 2 ⋅ (−10) ⋅ 9,8 𝑉0 2 = 196 𝑉0 = √196 𝑉0 = 14 𝑚 𝑠 Resposta da questão 28: [C] Dados do gráfico: 𝑥0 = 0; 𝑡 = 2𝑠 ⇒ (𝑣 = 0𝑒𝑥 = 20𝑚). Como o gráfico é um arco de parábola, trata-se de movimento uniformemente variado (MUV). Usando, então, as respectivas equações: 𝑡 = 2 s ⇒ { 𝑣 = 𝑣0 + 𝑎 𝑡 ⇒ 0 = 𝑣0 + 𝑎(2) ⇒ 𝑣0 = −2 a(𝐼) 𝑥 = 𝑣0 𝑡 + 𝑎 2 𝑡2 ⇒ 20 = 𝑣0(2) + 𝑎 2 (2)2 ⇒ 20 = 2 𝑣0 + 2 𝑎 (𝐼𝐼) (I) em (II): 20 = 2(−2𝑎) + 2 𝑎 ⇒ 2 𝑎 = −20 ⇒ |𝑎| = 10 𝑚/𝑠2. Em (I): @matematicacomarua LISTA DE EXERCÍCIOS – MOVIMENTO UNIFORMEMENTE VARIADO, QUEDA LIVRE E MOVIMENTO VERTICAL – PROFESSOR ARUÃ DIAS Página 26 de 31 𝑣0 = −2 𝑎 ⇒ v0 = −2 (−10) ⇒ |𝑣0| = 20 m/s. Resposta da questão 29: [D] Corpos em queda livre caem com a mesma aceleração, igual à aceleração da gravidade local. Resposta da questão 30: [B] Dado: S0 = 46 m. Do gráfico: { 𝑡 = 0 ⇒ 𝑣0 = 10 m/s 𝑡 = 5 𝑠 ⇒ 𝑣 = 0 ⟩ ⇒ 𝑎 = Δ𝑣 Δ𝑡 = 0−10 5−0 ⇒ 𝑎 = −2 m/s2. Aplicando a função horária do espaço para o instante t = 8 s: 𝑆 = 𝑆0 + 𝑣0 𝑡 + 𝑎 2 𝑡2 ⇒ 𝑆 = 46 + 10(8) + −2 2 (8)2 = 46 + 80 − 64 ⇒ 𝑆 = 62 m. Resposta da questão 31: [D] A componente vertical da trajetória do barco se mantém com velocidade constante, enquanto que a componente horizontal vai perdendo intensidade a uma taxa constante ao longo do caminho. Sendo assim, a única alternativa que apresenta corretamente a sobreposição dessas duas componentes é a [D]. Resposta da questão 32: [D] 𝑣 = 72 𝑘𝑚 ℎ = 20 𝑚 𝑠; 𝑎 = 1 𝑚 𝑠2. O semáforo A dever mudar para verde, quando o veículo tiver percorrido 400𝑚. Tempo de aceleração (𝑡1): 𝑣 = 𝑣0 + 𝑎𝑡1 ⇒ 20 = 0 + 1𝑡1 ⇒ 𝑡1 = 20𝑠 Distância percorrida nesse tempo: 𝑑1 = 𝑎 2 𝑡𝑙 2 = 1 2 (20)2 ⇒ 𝑑1 = 200𝑚 𝑑2 = 400 − 𝑑1 = 400 − 200 ⇒ 𝑑2 = 200𝑚 𝑡2 = 𝑑2 𝑣 = 200 20 ⇒ 𝑡2 = 10𝑠 Assim, o tempo de abertura para o sinal A é: 𝑡𝐴 = 𝑡1 + 𝑡2 = 20 + 10 ⇒ 𝑡𝐴 = 30𝑠 Para abertura dos outros dois semáforos o veículo deve percorrer 500𝑚 e 1000𝑚com @matematicacomarua LISTA DE EXERCÍCIOS – MOVIMENTO UNIFORMEMENTE VARIADO, QUEDA LIVRE E MOVIMENTO VERTICAL – PROFESSOR ARUÃ DIAS Página 27 de 31 velocidade constante de 20 𝑚 𝑠 . 𝑡𝐵 = 𝑡𝐴 + 𝑡3 ⇒ 𝑡𝐵 = 30 + 500 20 ⇒ 𝑡𝐵 = 55𝑠 𝑡𝐶 = 𝑡𝐵 + 𝑡4 ⇒ 𝑡𝐶 = 55 + 500 20 ⇒ 𝑡𝐶 = 80𝑠 Resposta da questão 33: [B] A questão está mal formulada. Tratando-se de uma queda livre, independente do que diz o restante do enunciado, a única alternativa correta é a assinalada, [B]. Além disso, o enunciado pode levar a entender que para qualquer razão da referida PA entre as distâncias consecutivas, os intervalos de tempo sejam iguais, o que não é verdade. Os intervalos de tempo somente são iguais se a razão da PA entre essas distâncias for 2 h, sendo h a altura em que se encontra a 2ª esfera (B), uma vez que a 1ª (A) está em contato com o solo, conforme ilustra a figura, fora de escala. Da equação da queda livre, calculamos o tempo de queda de cada uma das esferas, B, C, D e E. B C queda D E 2 h t g 8 h 2 h t 2 g g2 H t g 18 h 2 h t 3 g g 32 h 2 h t 4 g g = = = = = = = = O intervalo de tempo entre dois sons consecutivos de uma esfera batendo sobre a outra é igual ao tempo de queda da esfera B: Δ𝑡 = √ 2 ℎ 𝑔 . @matematicacomarua LISTA DE EXERCÍCIOS – MOVIMENTO UNIFORMEMENTE VARIADO, QUEDA LIVRE E MOVIMENTO VERTICAL – PROFESSOR ARUÃ DIAS Página 28 de 31 Resposta da questão 34: [C] Na horizontal, têm-se um MU (velocidade constante). Na vertical, têm-se um MUV (neste caso, um movimento acelerado a partir do repouso) de 𝐴 até 𝐵. E após a passagem por 𝐵, a componente vertical também se torna constante. Ou seja, levando em consideração essas informações e sobrepondo os movimentos, a alternativa que melhor descreve o movimento do foguete é a [C], já que mostra um arco de parábola entre 𝐴 e 𝐵, e uma reta inclinada após passar por 𝐵. Resposta da questão 35: [B] Dados: 𝑣01 = 60 𝑘𝑚 ℎ ≅ 17 𝑚 𝑠 ; 𝑣02 = 50 𝑘𝑚 ℎ ≅ 14 𝑚 𝑠 ; 𝑎 = −5 𝑚 𝑠2 ; 𝑣 = 0. 𝑣2 = 𝑣0 2 − 2𝑎Δ𝑆 ⇒ 0 = 𝑣0 2 + 2𝑎Δ𝑆 ⇒ Δ𝑆 = 𝑣0 2 2𝑎 { Δ𝑆1 = 172 −10 ⇒ Δ𝑆1 ≅ 28,9𝑚 Δ𝑆2 = 142 −10 ⇒ Δ𝑆1 ≅ 19,6𝑚 ⟩ ⇒ Δ𝑆1 − Δ𝑆2 = 28,9 − 19,6 ⇒ Δ𝑆1 − Δ𝑆2 = 9,3𝑚 Resposta da questão 36: [B] O aspecto comum que explica a diferença nos tempos de queda dos corpos é a força de resistência do ar, que depende principalmente do próprio ar e da forma geométrica (aerodinâmica) de cada corpo. Resposta da questão 37: [D] A distância percorrida nos gráficos de velocidade por tempo é obtida a partir do cálculo da área sob o mesmo. Para o caso de trechos onde a aceleração é diferente de zero, correspondem aos trechos em que a velocidade muda, ou seja, entre 2 e 6 segundos, conforme figura abaixo. @matematicacomarua LISTA DE EXERCÍCIOS – MOVIMENTO UNIFORMEMENTE VARIADO, QUEDA LIVRE E MOVIMENTO VERTICAL – PROFESSOR ARUÃ DIAS Página 29 de 31 𝑑 = 𝐴1 + 𝐴2 𝑑 = 4⋅3 2 + 4 ⋅ 2 ⇒ 𝑑 = 6 + 8 ∴ 𝑑 = 14 𝑚 Resposta da questão 38: [D] Da equação da distância em função do tempo para o Movimento Retilíneo Uniformemente Variado, Δ𝑠 = 𝑣0 ⋅ 𝑡 + 𝑎 2 ⋅ 𝑡2, basta substituir os valores e isolar a aceleração: Δ𝑠 = 𝑣0 ⋅ 𝑡 + 𝑎 2 ⋅ 𝑡2 ⇒ 𝑎 = 2 ⋅ Δ𝑠 𝑡2 ⇒ 𝑎 = 2 ⋅ 100 𝑚 (5 𝑠)2 ∴ 𝑎 = 8 𝑚 𝑠2 Resposta da questão 39: [E] Dados: v1 = 72 km/h = 20 m/s; t = 5 s; d = 2,1 km = 2.1000 m O carro desloca-se em movimento uniforme. Para percorrer 2,1 km ou 2.100 m ele leva um tempo t: 𝑑 = 𝑣1 𝑡 ⇒ 2.100 = 20 𝑡 ⇒ 𝑡 = 105 𝑠. Para a viatura, o movimento é uniformemente variado com v0 =0. Sendo v2 sua velocidade final, temos: 𝑑 = 𝑣0 + 𝑣2 2 (𝑡 − Δ𝑡) ⇒ 2.100 = 𝑣2 2 (105 − 5) ⇒ 𝑣2 = 2.100(2) 100 ⇒ 𝑣2 = 42 𝑚/𝑠. Resposta da questão 40: [B] Como, em relação à mesma horizontal, o tempo de subida é igual ao de descida, o tempo total de movimento é 4 segundos; então o tempo de descida, em queda livre, é 2 segundos. Aplicando as equações da queda livre: { 𝑣 = 𝑔𝑡 = 10(2) ⇒ 𝑣 = 20 m/s. ℎ = 𝑔 2 𝑡2 = 10 2 (2)2 ⇒ ℎ = 20 m. Resposta da questão 41: @matematicacomarua LISTA DE EXERCÍCIOS – MOVIMENTO UNIFORMEMENTE VARIADO, QUEDA LIVRE E MOVIMENTO VERTICAL – PROFESSOR ARUÃ DIAS Página 30 de 31 [B] Dados: v0 = 0; g = 10 m/s2; t = 0,3 s. ( )0v v a t v 0 10 0,3 v 3 m/s.= + = + = Resposta da questão 42: [A] Adotando origem no ponto onde o capacete de onde o capacete parte e orientando trajetória para baixo, temos: Dados: a = g = 10 m/s2; t = 2 s; S0 = 0; v0 = 0. 𝑆 = 𝑆0 + 𝑣0𝑡 + 1 2 𝑎𝑡2 ⇒ ℎ = 0 + 0 + 1 2 (10)(2)2 ⇒ ℎ = 20 𝑚. 𝑣 = 𝑣0 + 𝑎𝑡 ⇒ v = 0 + 10(2) ⇒ 𝑣 = 20 𝑚/𝑠. Resposta da questão 43: [B] A aceleração da bola é igual à aceleração da gravidade em qualquer instante de seu movimento. Resposta da questão 44: [E] Partindo da estação 𝐴, o tempo necessário e o espaço percorrido até o trem atingir a velocidade máxima de 72 𝑘𝑚 ℎ (20 𝑚 𝑠 ) são: 𝑎 = Δ𝑣 Δ𝑡1 ⇒ 5 = 20 − 0 Δ𝑡1 ∴ Δ𝑡1 = 4 𝑠 𝑣2 = 𝑣0 2 + 2𝑎Δ𝑠1 ⇒ 20 2 = 02 + 2 ⋅ 5 ⋅ Δ𝑠1 ∴ Δ𝑠1 = 40 𝑚 Da mesma forma, depois de atingida a velocidade máxima, no último trecho o trem gastará o mesmo tempo e percorrerá a mesma distância até parar. Logo: Δ𝑡3 = 4 𝑠 e Δ𝑠3 = 40 𝑚. Para o trecho intermediário, o trem deve desenvolver uma velocidade constante igual à máxima para que o tempo de percurso seja mínimo. Desse modo: Δ𝑠2 = 4000 − 2 ⋅ 40 ∴ Δ𝑠2 = 3920 𝑚 𝑣 = Δ𝑠2 Δ𝑡2 ⇒ 20 = 3920 Δ𝑡2 ∴ Δ𝑡2 = 196 𝑠 Portanto, o tempo total será: Δ𝑡 = Δ𝑡1 + Δ𝑡2 + Δ𝑡3 = (4 + 196 + 4) 𝑠 = 204 𝑠 ∴ Δ𝑡 = 3,4 𝑚𝑖𝑛 Resposta da questão 45: [C] A laranja caiu com aceleração constante, igual à aceleração da gravidade. @matematicacomarua LISTA DE EXERCÍCIOS – MOVIMENTO UNIFORMEMENTE VARIADO, QUEDA LIVRE E MOVIMENTO VERTICAL – PROFESSOR ARUÃ DIAS Página 31 de 31 Resposta da questão 46: [A] Utilizando os dados fornecidos no enunciado,temos que: Δ𝑆 = 𝑣𝑜 ⋅ 𝑡 + 𝑎 ⋅ 𝑡2 2 Onde, 𝑎 = Δ𝑉 Δ𝑡 = 𝑣 − 𝑣𝑜 4 = −𝑣𝑜 4 Logo, 40 = 𝑣𝑜 ⋅ 4 + ( −𝑣𝑜 4 ) ⋅ 42 2 40 = 4 ⋅ 𝑣𝑜 − 2 ⋅ 𝑣𝑜 𝑣𝑜 = 20 𝑚 𝑠 𝑜𝑢 𝑣𝑜 = 72 𝑘𝑚 ℎ
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