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NOÇÕES DE FÍSICA LEIS DE NEWTON E SUAS APLICAÇÕES Livro Eletrônico HÉRICO AVOHAI Graduado em Física pela UNB e pós-graduado em Criminalística. É professor de Física, Mate- mática, Raciocínio Lógico e Criminalística, tendo começado a lecionar em 2000, tanto para o ní- vel médio quanto para cursos preparatórios para concursos. Foi aprovado em diversos concursos. Desde 2010 é Perito Criminal da Polícia Científi- ca do Estado de Goiás e atualmente está à dis- posição da Força Nacional de Segurança Pública. 3 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br SUMÁRIO Leis de Newton e suas Aplicações .................................................................4 Apresentação .............................................................................................4 1. Força ....................................................................................................5 Força Peso .................................................................................................6 Força Normal .............................................................................................6 Força de Tração ou de Tensão .......................................................................7 2. As Leis de Newton ..................................................................................8 2.1. 1ª Lei de Newton .................................................................................8 2.2. 3ª Lei de Newton ...............................................................................10 2.3. 2ª Lei de Newton ...............................................................................13 3. Força de Atrito .....................................................................................28 4. Força Elástica .......................................................................................45 Questões de Concursos .............................................................................47 Gabarito ..................................................................................................60 Gabarito Comentado .................................................................................61 http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 4 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br LEIS DE NEWTON E SUAS APLICAÇÕES Hérico Avohai é graduado em Física pela UnB e pós-graduado em Criminalís- tica. É professor de Física, Matemática, Raciocínio Lógico e Criminalística, tendo começado a lecionar em 2000, tanto para o nível médio quanto para cursos prepa- ratórios para concursos. Foi aprovado em diversos concursos. Desde 2010 é Perito Criminal da Polícia Científica do Estado de Goiás e atualmente está à disposição da Força Nacional de Segurança Pública. Apresentação Oi, tudo bem? Espero que não esteja sumido(a)! Não deixe um intervalo de tempo grande de uma aula para outra! Mas, caso você tenha deixado um tempo considerável da aula anterior para essa, seria bom resolver pelo menos cinco questões de cada aula. A próxima aula é sobre as Leis de Newton e sua aplicações. A partir de agora, estamos dentro da Dinâmica. E não se esqueça de ter DISCIPLINA e TREINAMENTO! Só depende de você! No final desta aula, você estará apto(a) a resolver as questões sobre Leis de Newton, Forças e as suas aplicações. Vamos nessa!? http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 5 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Dinâmica é a parte da física que estuda os movimentos e as suas causas. Agora iremos observar quais as causas dos movimentos, o por quê de eles acontecerem. Para iniciarmos os nossos estudos, vamos estudar sobre a principal grandeza desse ramo e que já conversamos algumas vezes sobre ela: a Força! 1. Força Definindo FORÇA, temos que é uma grandeza vetorial capaz de alterar o estado de movimento ou de repouso das coisas. “Professor, quer dizer que, quando um objeto está em repouso, não há forças atuando sobre ele?” Calma, calma! Essa pergunta deveria ser feita mais para frente! Quando falar- mos das três Leis de Newton, guarde um pouquinho para daqui a pouco! Então... Voltando à Força, temos que a Unidade no Sistema Internacional é o N (Newton), em homenagem ao grande Isaac Newton, pai da Dinâmica! Outro item importante é que ela pode ser com ou sem contato, veja alguns exemplos: força de contato: Força de Atrito, Força de Tração, Força Normal; força sem contato: Força Peso, Força Elétrica, Força de Atração Gravitacional entre os Corpos. Você já deve estar pensando “Humm, força de atração, aquela que sinto pelo meu crush!” Calma aí, PRF! Nada a ver! Pare de pensar nele(a) e volte aos estudos! http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 6 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Bora falar um pouco sobre algumas forças. Força Peso A Força Peso é do tipo sem contato e nada mais é do que a força de atração que a Terra aplica no nosso corpo. Ela sempre será voltada para o centro da Terra, então observando os corpos abaixo, vamos aplicar a Força Peso em cada um deles. Olha aí, nos três casos, a Força Peso sempre será voltada para o centro da Terra, independente da superfície! Note, ainda, que o corpo não precisa estar em contato com a Terra para que a Força Peso aja nele! Força Normal A Força Normal já é diferente, ela necessita de um contato para existir. Por de- finição, ela será a força com que a superfície age no corpo. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 7 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br A Força Normal sempre será perpendicular à superfície que o corpo se encontra. Observando os corpos do exemplo anterior: Observe que, no corpo 1, não existe Força Normal (FN*), pois não há superfície, nos outros corpos a Força Normal é perpendicular (90º) à superfície. OOs.:� Alguns autores utilizam a Letra N para representar a Força Normal, eu pre- firo utilizar FN para diferenciar da unidade N (Newton). Força de Tração ou de Tensão A Força de Tração ou de Tensão (T) nada mais é do que a Força aplicada por meio de um fio, uma corda, uma corrente e etc. Sem mistérios! Olha só: http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 8 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Durante o curso, falaremos de outras Forças, por enquanto precisamos dessas três. 2. As Leis de Newton Você já deve ter estudado sobre as famosas Leis de Newton. São três leis, en- tretanto, por questões didáticas, iremos estudar a primeira, a terceira e, por últi- mo, a segunda. Vamos relembrá-las? 2.1. 1ª Lei de Newton A 1ª Lei de Newton, também conhecida como Lei da Inércia, pode ser entendida com essa tirinha: http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 9 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Então, por definição: “um corpo em repouso tende a permanecer em repouso e um corpo em movimento tende a continuar em movimento retilíneo e uniforme”. “Opa, Professor, Movimento Retilíneo e Uniforme, aquele que a veloci- dade é constante e a aceleração é zero!” Show de bola, PRF! É exatamente assim, note que, na tirinha, a pedra aplica a força somente no skate, então o skatista continua em MRU. Fisicamente falando, a 1ª Lei de Newton pode ser descrita como: Traduzindo, se o somatório das Forças que agem em um corpo (Força Resultan- te) for igual a zero, ele estará em repouso ou em movimento retilíneo e uniforme. Agora você pode fazer aquela pergunta do início da aula: “Professor,quer dizer que, quando um oOjeto está em repouso, não há forças atuando soOre ele?” Observe que a 1ª Lei de Newton já responde a essa pergunta, ou seja, um corpo em repouso pode ter forças agindo sobre ele, porém o seu somatório (Força Resultante) é zero. 1. (UFBA/FÍSICO/2009) Julgue o seguinte item: A lei básica da Dinâmica — a lei da Inércia, descoberta por Galileu e conhecida como Primeira Lei de Newton — estabelece que a tendência natural de um corpo é permanecer Errado. Vimos que a Lei da Inércia defende que um corpo em repouso tende ao repouso e um corpo em movimento tende ao MRU, quando sua Força Resultante for igual a zero. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 10 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Quanto a Galileu ter descoberto, está certo, pois ele foi o primeiro a formular essa ideia, em 1687, um tempinho atrás! 2.2. 3ª Lei de Newton A 3ª Lei de Newton, também conhecida como o Princípio da Ação e Reação, pode ser enunciada da seguinte forma: “Toda ação corresponde a uma reação, de mesmo módulo, mesma direção e sentidos opostos.” As forças de ação e reação são aplicadas em corpos diferentes, portanto NÃO po- demos cancelá-las. É simples encontrar a reação de uma força, basta você fazer a seguinte pergun- ta, quem aplicou a força em quem? http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 11 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 12 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br As bancas em geral costumam afirmar que a Força Peso e a Força Normal formam um par ação-reação. ESTÁ ERRADO! E o principal motivo está no fato que a Força Peso e a Força Normal estão aplicadas no mesmo corpo, logo podem ser anuladas! (UFG/PROFESSOR/SEDUC-GO/2010/ADAPTADA) Considere a situação seguinte de um bloco apoiado sobre um plano e as forças, peso e normal, que atuam sobre ele. I – um bloco de massa m apoiado sobre uma superfície horizontal. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 13 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Considerando a terceira lei de Newton e as forças que atuam sobre o bloco, julgue o item: ( ) na situação acima, o peso e a força normal formam um par de ação e reação, se ele estiver em repouso. Errado. Não se engane, Força Normal e Peso nunca formarão um par de ação e reação. 2.3. 2ª Lei de Newton A 2ª Lei de Newton também é conhecida como o Princípio Fundamental da Dinâmica. Vamos tentar entender da seguinte forma: se eu aplico uma força de módulo (intensidade) F em um corpo em repouso e de massa m, ele vai se movimentar com aceleração a. Se eu duplico a intensidade da minha força 2F e a aplico no mesmo corpo de massa m, o que você entende que acontecerá? Acertou se pensou que a aceleração será duplicada. E a ideia continua a mesma, se triplicar a força, a aceleração nesse mesmo corpo triplicará, por fim, se eu aplicar a metade da força, a aceleração também ficará na metade. Ou seja, podemos concluir que a Aceleração adquirida por um corpo de massa m será diretamente proporcional à Força aplicada nele. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 14 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Logo, podemos enunciar a 2ª Lei de Newton como: Em que Fr é o somatório das Forças aplicadas em um corpo, m é a massa e a é a aceleração adquirida. Lembrando que m é uma grandeza escalar e sua unidade no SI é o quilograma (kg). Ah, outra coisa, a Força Resultante e a aceleração terão a mesma direção e o mesmo sentido. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 15 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 16 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br 2. (EAM/MARINHEIRO/MARINHA/2011) Julgue o seguinte item: Durante a apresentação para uma revista especializada, um carro de 1200 kg ace- lerou numa pista retilínea e obteve o resultado mostrado no gráfico abaixo: http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 17 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br É correto afirmar que a força média, em newtons, transmitida pelo motor às rodas entre os instantes 0s e 5 s, foi de: a) 1200 O) 2400 c) 3600 d) 4800 e) 6000 Letra e. Dados: quando t = 0 s, V0 = 0 quando t = 5 s, V = 90 km/h ÷ 3,6 = 25 m/s m = 1200 kg Para encontrar a força que atua no veículo, teremos que calcular a sua aceleração durante o intervalo de tempo determinado e depois utilizar a 2ª Lei de Newton. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 18 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Aplicando a 2ª Lei de Newton: Outro tipo de questão que os examinadores gostam de cobrar é aquele dos blo- quinhos, também chamados de Associação de blocos. Vamos a um exemplo. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 19 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 20 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 21 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 22 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 23 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Outra aplicação das Leis de Newton é a Máquina de Atwood. A máquina de Atwood é um sistema simples de cordas e roldanas, em que, a partir das Leis de Newton, podemos determinar a aceleração do conjunto. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 24 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Aplicando as Forças que aprendemos, temos: Depois das forças aplicadas, basta utilizarmos as Leis de Newton! 3. (CEBRASPE/PROFESSOR/SAEB-BA/2011) http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 25 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br O esquema acima representa dois corpos de massa m e M ligados por um fio ide- al que passa por uma polia de massa desprezível. Essa configuração de massas e polias é denominada máquina de Atwood. Considere que M = 2m, que o fio está submetido a uma tensão T e que a aceleração da gravidade, g, é igual a 10,0 m/s2. Nessas condições, o módulo da aceleração dos corpos, em m/s2, será aproximada- mente igual a a) 6,5. O) 10,0. c) 0,0. d) 3,3. Letra d. Dados: M = 2m g = 10 m/s2 Aplicando as forças no sistema: http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 26 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Isolando os corpos: Aplicando a 2ª Lei de Newton A Força resultante será Fr = TMm – Pm. “Mas, professor, por quenão de ser Pm - TMm?” PRF, se você observar, M é maior que m, portanto esse sistema girará no sentido horário, logo usaremos como Fr = TMm – Pm. Caso, você se esqueça disso e coloque ao contrário, o seu resultado será negativo, ou seja, o sentido é oposto do sistema de referência que você adotou. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 27 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Aplicando a 2ª Lei de Newton: A Força resultante será Fr = PM – TmM. Resolvendo o sistema de equações I e II, sabendo que TmM é igual a TMm (ação-reação): Somando as duas equações, temos: http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 28 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br 3. Força de Atrito Ah, o famoso ATRITO! O que seria de nossas vidas sem o atrito? Com ele nós conseguimos andar, parar, mudar de rumo e etc. Você já tentou empurrar um carro em repouso? Note que, para tentar colocá-lo em movimento, você deve ir aumentando a sua força até que chega um instante em que o veículo começa a se movimentar. Não sei se você já observou, mas de- pois que o carro está em movimento, você não precisa fazer mais tanta força como antes para mantê-lo em movimento. Estamos falando da força que se opõe ao movimento, chamada de FORÇA DE ATRITO. No exemplo, temos os dois tipos de força de atrito: 1. a Força de Atrito Estático É aquela em que aplicamos uma força em um corpo e ele continua em repouso ou sem deslizamento. A Força de Atrito Estático máxima é aquela que surge oposta ao movimento e o corpo está na iminência de movimento, ou seja, se aumentarmos a força aplicada, o corpo passa a se movimentar. Ela depende da superfície. Temos aqui o chamado Coeficiente de atrito está- tico µe (mi estático). É dada por: (mi estático vezes a Força Normal). 2. A Força de Atrito Dinâmico É aquela em que surge quando há deslizamento do corpo. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 29 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br A Força de Atrito Dinâmico é menor que a Força de Atrito Estático. Também depende da superfície. Coeficiente de atrito dinâmico µ (mi). É dada por: (mi dinâmico vezes a Força Normal). O gráfico da força de atrito em função da força aplicada no corpo, pode ser dado por: Em que, da primeira parte do gráfico até o seu pico, o corpo está em repouso, portanto tem a força de atrito estático. A partir do momento em que o corpo passa a se movimentar (deslizar), temos a força de atrito dinâmico. Observando o gráfico, temos que o pico será a força de atrito estático máxima, ou seja, o corpo está na iminência do movimento. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 30 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Antes de resolver um exemplo, você precisa saber que o coeficiente de atrito é uma grandeza adimensional, ou seja, não possui unidade de medida. Ok? http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 31 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 32 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br 4. (CESGRANRIO/TÉCNICO DE OPERAÇÕES/PETROBRAS/2014) Considere três blocos que se movem sobre uma superfície horizontal em virtude da ação de uma força horizontal de módulo 360 N, como mostra a Figura abaixo. As massas dos blocos P, Q e R valem, respectivamente, 12,0 kg, 18,0 kg e 30,0 kg, e o valor do coeficiente de atrito cinético entre os blocos e a superfície é 0,200. O módulo da força de interação entre os blocos P e Q, em N, é Dado: Aceleração da gravidade = 10,0 m/s2 a) 120 O) 180 http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 33 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br c) 240 d) 288 e) 324 Letra d. Questão muito interessante, vamos pegar os dados, isolar cada um dos corpos, aplicar as forças atuantes e, em seguida, aplicar a 2ª Lei de Newton. Dados: F = 360 N µ = 0,200 g = 10 m/s2 mP = 12,0 kg mQ = 18,0 kg mR = 30,0 kg, Isolando o corpo P Quais as forças que atuam em P? Força F, Força Peso, Força Normal, Força de Atrito e a Força que Q faz em P (força do contato entre os corpos). http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 34 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Observando o diagrama das forças aplicadas em P, podemos cancelar PP com FnP, ou seja, elas são iguais PP = FnP Aplicando a 2ª Lei de Newton e adotando o referencial positivo para a direita, temos: A Força resultante será Fr = F – FQP – FatP. Isolando o corpo Q Quais as forças que atuam em Q? Força que P faz em Q, Força Peso, Força Normal, Força de atrito e a Força que R faz em Q. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 35 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Observando o diagrama das forças aplicadas em Q, podemos cancelar PQ com FnQ, ou seja, elas são iguais PQ = FnQ. Aplicando a 2ª Lei de Newton e adotando o referencial positivo para a direita, temos: A Força resultante será Fr = FPQ – FRQ – FatQ. Equação II Isolando o corpo R Quais as forças que atuam em R? Força que Q faz em R, Força Peso, Força Normal e a Força de atrito. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 36 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Observando o diagrama das forças aplicadas em R, podemos cancelar PR com FnR, ou seja, elas são iguais PR = FnR. Aplicando a 2ª Lei de Newton e adotando o referencial positivo para a direita, temos: A Força resultante será Fr = FQR – FatR. Equação III Temos três equações e três incógnitas, dá para resolver pelo sistema: Arrumando as equações, Sabemos que pela, 3ª Lei de Newton FPQ = FQP e FRQ = FQR, pois formam pares de ação e reação. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 37 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Desse modo, podemos substituir as equações I e III em II. Acabamos de encontrar a aceleração do sistema (conjunto), agora vamos substituir para encontrar o valor da Força de interação em P e Q. Podemos utilizar a equação I. 5. (FUNIVERSA/PERITO CRIMINAL/SPTCGO/2010) Foi encontrada, em uma pista asfaltada, uma marca de frenagem retilínea de 31,25 metros de comprimento. Supondo que não tenha havido colisão, e que no término da frenagem o veículo tenha alcançado o repouso, a velocidade do veículo no momento em que acionou os freios, considerando o coeficiente de atrito igual a 0,80 e a gravidade g = 10m/ s², era de aproximadamente http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 38 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br a) 65 km/h. O) 70 km/h. c) 75 km/h. d) 80 km/h. e) 85 km/h. Letra d. Vamos aos dados: V – = 0 (Velocidade final) V0 =? ∆S = 31,25 m µ = 0,8 ∆S = 31,25 m Questão que envolve as Leis de Newton e as equações de movimento. Vamos analisar o problema: o veículo está a uma determinada velocidade quando aciona os freios, em seguida, a velocidade diminui até chegar ao repouso. O que faz a velocidade desse veículo diminuir? É a Força de atrito aplicada no sentido contrário ao do movimento. Portanto,devemos calcular a desaceleração sofrida pelo veículo e depois encontrar a velocidade inicial por meio da Equação de Torricelli. Colocando as Forças conhecidas: http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 39 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Observando o diagrama das forças aplicadas no veículo, podemos cancelar P com Fn, ou seja, elas são iguais P = Fn Aplicando a 2ª Lei de Newton e adotando o referencial positivo para a direita, temos: A Força resultante será Fr = - Fat. (negativo, pois Fat está para o lado negativo da trajetória). Cancelando as massas dos dois lados: http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 40 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Negativo, pois é um movimento retardado (a velocidade diminui). Agora que já temos a desaceleração, vamos utilizar a Equação de Torricelli. Substituindo os valores: Estudo de Caso Um caminhão de Massa de 1 tonelada estava se movimento na rodovia quando o motorista avistou a entrada de um veículo logo em frente. Logo após, o motorista acionou os freios, deixando uma marca de 56,25m de frenagem até atingir a velocidade zero. Considerando a trajetória retilínea e plana, encontre a velocidade inicial desse caminhão. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 41 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 42 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Olha que Oeleza, já estou te vendo traOalhando nessa foto, amém? Vejo dois PRFs e uma viatura! Pois Oem, voltando ao proOlema, notamos que o motorista não deixou o caminhão na sua posição final, mesmo assim conseguiremos calcular a sua velocidade inicial. Vamos aos dados: http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 43 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br V – = 0 (velocidade final) V0 =? ∆S = 56,25 m µ = 0,8 Mesmo problema anterior. Vamos analisar o problema, o veículo está a uma determinada velocidade quando aciona os freios, em seguida, a velocidade diminui até chegar ao repouso. O que faz a velocidade desse veículo diminuir? É a Força de atrito aplicada no sentido contrário ao do movimento. Portanto, devemos calcular a desaceleração sofrida pelo veículo e depois encontrar a velocidade inicial por meio da Equação de Torricelli. Colocando as Forças conhecidas: Observando o diagrama das forças aplicadas no veículo, podemos cancelar P com Fn, ou seja, elas são iguais (P = Fn). Aplicando a 2ª Lei de Newton e adotando o referencial positivo para a direita, temos: http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 44 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br A Força resultante será Fr = - Fat. (negativo, pois Fat está para o lado negativo da trajetória). Cancelando as massas dos dois lados: Negativo, pois é um movimento retardado (a velocidade diminui). Agora que já temos a desaceleração, vamos utilizar a Equação de Torricelli. Substituindo os valores: Oks!? http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 45 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br 4. Força Elástica A Força Elástica Fel é aquela decorrente de uma liga, mola, elástico e etc. Essa Força surge quando comprimimos ou esticamos tais objetos. Tem como características ser uma Força Restauradora e contrária ao movimento. a) Mola em equilíbrio b) Mola comprimida c) Mola estendida Observe que a Força Elástica sempre será oposta ao movimento e é chamada de restauradora, pois tende a colocar o corpo no seu estado de equilíbrio. Robert Hooke observou em seus experimentos que a Força Elástica é direta- mente proporcional à deformação sofrida pela mola, daí a Lei de Hooke. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 46 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Em que K é a constante elástica da mola, medida em N/m e x é a deformação sofrida por ela. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 47 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br QUESTÕES DE CONCURSOS 1. (CEBRASPE/BOMBEIROS/CBM-PA/2003) A mecânica — uma das áreas da Física — é estruturada com base nas leis da inércia, do movimento, da ação e da reação, formuladas por Isaac Newton. Pela aplicação dessas leis, podem ser explicados ma- croscopicamente diversos fenômenos da natureza relativos aos movimentos, suas causas e seus efeitos. Nesse contexto, julgue os itens seguintes. ( ) Se um corpo está em repouso, então ele não está sujeito à ação de forças. ( ) Um objeto em movimento retilíneo e uniforme está sujeito a uma força resultante nula. ( ) A ação e a reação, que caracterizam a interação entre dois corpos, sempre se anulam, já que possuem mesmo módulo, mesma direção e sentidos opostos. ( ) O princípio da ação e da reação permite explicar o fato de que uma máquina de lavar roupas, ao girar rapidamente o cesto de roupas, faz que a água saia tangencialmente pelos orifícios desse recipiente, enxugando parcialmente as roupas ali contidas. 2. (CEBRASPE/BOMBEIROS/CBMDF/2011) Com relação a mecânica, julgue os itens a seguir. ( ) Se um corpo rígido encontrar-se em equilíbrio estático, então, necessariamente, nenhuma força estará atuando sobre esse corpo. ( ) De acordo com a terceira lei de Newton, a força de ação e a força de reação correspondente não atuam em um mesmo corpo, mas em corpos distintos. 3. (CEBRASPE/PERITO CRIMINAL/CPC-PA/2007) Toda a mecânica newtoniana ba- seia-se nas três leis de Newton que, por sua vez, deram origem aos conceitos de http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 48 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br energia, momento linear e momento angular e respectivas leis de conservação. Uma vez conhecidas as forças que atuam em um dado corpo, pode-se determinar a sua história, passada ou futura, desde que esse corpo esteja sempre sujeito a tais forças. Com base nessas afirmativas, julgue os itens a seguir. ( ) Se a força resultante em um corpo é igual a zero, a aceleração também será igual a zero, do que se conclui que a 1ª lei é um caso particular da 2ª lei, logo, não se justifica como mais uma lei. ( ) Para forças constantes e não nulas, obtêm-se acelerações também constantes, e a trajetória das partículas lançadas no campo dessas forças só poderá ser retilínea. ( ) Se a força sobre um objeto for proporcional ao deslocamento deste, a partir de um ponto, e essa força tiver sempre sentido contrário ao referido deslocamento, então, um movimento oscilatório pode decorrer dessa força. 4. (VUNESP/PERITO CRIMINAL/PCSP/2013) Ao ser expelido do cano de 50 cm de comprimento de uma arma em repouso relativamente ao solo, um projétil leva 0,10 s para percorrer, em linha reta e com velocidade constante, a distância de 100 m. Supondo que a massa do projétil seja de 25 g e que seu movimento no interior do cano seja realizado com aceleração constante, a intensidade da força propulsora resultante sobre ele no interior do cano deve ser, em newtons, de a) 4,0.103. O) 2,5.105. c) 2,5.103. d) 4,0.104. e) 2,5.104. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 49 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohaiwww.grancursosonline.com.br 5. (CEBRASPE/ANALISTA PEDAGÓGICO/SESI-SP/2008) Com vestimenta pró- pria para descer na Lua, um astronauta pesou, na Terra, 980 N. Considerando- -se que o módulo da aceleração da gravidade na Terra seja igual a 9,8 m/s2, então o valor da massa, em kg, do conjunto astronauta/vestimenta medida na superfície da Lua é igual a a) 98 kg. O) 100 kg. c) 160 kg. d) 200 kg. 6. (CEBRASPE/PERITO CRIMINAL/SDS-PE/2016) Considere que a figura precedente representa um sistema que deva ser avalia- do para se determinar se ele suporta uma pessoa com massa corpórea de 70 kg. Sabendo que as tensões máximas suportadas pelas cordas A, B e C são, respec- tivamente, 550 N, 550 N e 750 N, e que sen 45º = cos 45º = 0,7 e g = 10 m/s2, assinale a opção que apresenta uma conclusão correta acerca desse sistema. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 50 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br a) Se o tamanho das cordas A e B fosse maior, as tensões máximas que cada uma delas suportaria seriam maiores também. O) Se, em vez de 45º, os ângulos do sistema fossem de 30º, e uma pessoa de 70 kg se pendurasse na corda C, a tração na corda A seria inferior a 500 N. c) O sistema representado na figura é eficiente para suportar uma pessoa de 70 kg, pois todas as cordas podem suportar as tensões nelas aplicadas, sem se arrebentarem. d) Se uma pessoa de 70 kg se pendurar na corda C, haverá o rompimento da cor- da, haja vista ser nula a resultante das forças na direção horizontal, o que demons- tra que o sistema não é capaz de suportar uma pessoa com esse peso. 7. (FUNCAB/PERITO CRIMINAL/SE-AC) Os corpos 1 e 2, da figura a seguir, têm massas de m1 = 3 kg e m2 = 2 kg. Considere que não há atrito entre os blocos e o plano de apoio, e que o fio é inextensível e de peso desprezível. O atrito entre o fio e a polia, considerada sem inércia, também é praticamente desprezível. A ace- leração do conjunto é de: (adote g = 10 m/s².) a) 2 m/s² O) 3 m/s² http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 51 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br c) 4 m/s² d) 5 m/s² e) 6 m/s² 8. (FDRH/PERITO CRIMINAL/IGP-RS/2008) Um caminhão, cuja massa é de 5,0 to- neladas, desloca-se a uma velocidade constante de 54 km/h em uma via retilínea. À sua frente, um semáforo com luz vermelha acionada indica a necessidade de pa- rada do veículo. Para que o movimento de freamento se dê em uma distância de 50 m, a força exercida sobre o caminhão deverá ser de, aproximadamente, a) 0,76 kN. O) 2,7 kN. c) 11,3 kN. d) 22,5 kN. e) 146 kN. 9. (CEBRASPE/METRÔ-DF) Considere um trem em que o coeficiente de atrito es- tático entre o passageiro e a superfície do banco seja igual a 0,2. Em um local onde a aceleração da gravidade for de 10 m/s2. haverá risco de deslizamento do passa- geiro sobre o banco quando a desaceleração do trem atingir a marca de a) 1,6 m/s2 O) 1,7 m/s2 c) 1,8 m/s2 d) 1,9 m/s2 e) 2,0 m/s2. 10. (CESGRANRIO/TÉCNICO DE PERFURAÇÃO/PETROBRAS/2008) Uma criança de 40,0 kg está sobre uma balança dentro de um elevador que desce com aceleração http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 52 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br constante. Se a balança indica 320 N, qual é, aproximadamente, em m/s2, o valor da aceleração do elevador? Dado: aceleração da gravidade = 10,0 m/s2 a) 0,80 O) 2,00 c) 8,00 d) 9,20 e) 10,0 11. (FUMARC/PROFESSOR/PMI/2015) Uma pessoa está no interior de um elevador que desce em movimento retardado, com uma aceleração de -0,5 m/s2. Sendo a massa da pessoa de 80 kg, o valor da força que o piso do elevador exerce na pessoa é de a) 40 N. O) 760 N. c) 800 N. d) 840 N. 12. (IDECAN/PROFESSOR/SEEC-RN/2015) Uma caixa de massa desconhecida será içada por meio de uma corda que resiste a uma força de tração máxima de 6N sem se romper. Qual é a massa dessa caixa considerando que ela será puxada conforme indicado na figu- ra e com a maior aceleração possível cujo valor é de 5 m/s2? (Considere: g = 10 m/s2.) http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 53 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br a) 0,4 kg. O) 0,6 kg. c) 0,8 kg. d) 1,2 kg. 13. (CESGRANRIO/TÉCNICO DE OPERAÇÃO/PETROBRAS/2017) O elevador mos- trado na Figura abaixo é utilizado para ajudar operários a transportar sacos de cimento do alto de uma plataforma para o chão. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 54 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br O sistema é abandonado, a partir do repouso, da posição mostrada na Figura, e a cabine desce em trajetória vertical. Se os atritos são desprezíveis e os cabos ideais, os valores aproximados da tração na corda e aceleração da cabine, durante a descida, são, respectivamente, em N e m/s2, Dados aceleração da gravidade g = 10,0 m/s2; massa do contrapeso = 25,0 kg; massa da cabine = 5,00 kg; massa do saco de cimento = 50,0 kg. a) 344 e 3,75 O) 328 e 3,13 c) 313 e 2,50 d) 250 e 5,45 e) 0 e 10,0 14. (CEBRASPE/BOMBEIROS/CBMAL/2017) Para facilitar o processo de içar um corpo, pode-se utilizar um sistema de roldanas, como o ilustrado na figura acima. Na figura, o homem que puxa a corda aplica uma força para levantar uma pessoa de 65 kg, que está presa a uma cadeira de 5 kg, que, por sua vez, está suspensa por uma corda inextensível ideal que, também, passa por uma roldana móvel ideal. Com relação a essa situação e aos vários aspectos a ela relacionados, julgue o item a seguir, considerando que a aceleração da gravidade seja de 10 m/s2. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 55 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Para que a pessoa sentada na cadeira fique em equilíbrio, o homem deve aplicar uma força vertical para baixo de módulo igual a 350 N. 15. (CESGRANRIO/TÉCNICO DE OPERAÇÕES/TRANSPETRO) A figura abaixo é o esquema de um experimento onde os fios, a polia e a mola são considerados ideais, e os atritos são desprezíveis. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 56 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Os blocos A e B se movem com a mesma aceleração, em módulo. Se o comprimento da mola, quando nenhuma carga é aplicada a ela, é de 10 cm, qual é, aproximadamente, em N/m, o valor da constante elástica da mola? Dados Aceleração da gravidade = 10 m/s2 Massa do bloco A = 30 kg Massa do bloco B = 10 kg a) 100 O) 700 c) 2.100 d) 3.000 e) 4.000 16. (CESGRANRIO/OPERADOR/PETROBRAS/2005) Um corpo encontra-se suspen- so no teto de um ônibus por um fio de massa desprezível. O veículo parte do repou- so, em movimento uniformemente acelerado, e o corpo suspenso desloca-se para trás em direção oposta ao movimento do ônibus, até formar um ângulo de 30º em relação a uma perpendicular ao piso do veículo. A aceleração do ônibus, em m/s2, em relação a um observador que se encontra parado no ponto do ônibus é: (Dados: aceleração da gravidade = 10m/s2; cos 30º = 0,87; sen 30º = 0,50; cos 60º = 0,50; sen 60º = 0,87; tg de 30º = 0,57) a) 4,0 O) 5,7 c) 8,0 http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 57 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br d) 8,7 e) 10,0 17. (FGV/PERITO CRIMINAL/PCRJ/2008) Um perito foi chamado para analisar um acidente de trânsito e determinar a velocidade de um carro no instante em queele colidiu com outro que estava em repouso à sua frente. O perito recebeu as seguin- tes informações: I – no instante em que o carro começou a frear com todas as rodas travadas ele tinha uma velocidade de 20m/s; II – a marca deixada no asfalto por cada um dos pneus desde o início da freada até o instante do impacto era retilínea e tinha 6,5 m de extensão; III – o coeficiente de atrito entre os pneus e o asfalto era µ = 0,3. Com base nes- ses dados, o perito concluiu corretamente, considerando g = 10m/s2, que a velocidade do carro no instante do impacto foi: a) 19m/s. O) 17m/s. c) 15m/s. d) 12m/s. e) 10m/s. 18. (FUNCAB/PROFESSOR/EBTT/2014) Na figura a seguir, sobre o bloco de 5 kg atua uma força F = 10 N, fazendo 60º com a horizontal. Admitindo que o coeficiente de atrito cinético entre o bloco e a superfície é 0,1 a aceleração com a qual o bloco deslizará será em unidades do SI de: Adote g = 10 m/s², cos60º = 0,5 e sen60º = 0,8. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 58 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br a) 0,16. O) 0,20. c) 0,50. d) 0,75. e) 0,12. 19. (CEBRASPE/TÉCNICO DE LABORATÓRIO/FUB/2016) O sistema ilustrado na figura precedente mostra uma mola de constante elástica igual 1 N/cm, a qual sustenta uma massa de 100 g. Assumindo a aceleração da gravidade igual a 9,8 m/s2, e 3,14 como o valor aproximado de π, julgue o item seguinte. ( ) Se a mola for cortada ao meio, o valor da sua constante elástica dobrará. ( ) Para o corpo estar na sua posição de equilíbrio, a mola teve de esticar um valor inferior a 1 cm. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 59 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br 20. (CEBRASPE/PROFESSOR/SAEB) Na figura acima, estão representados dois esquemas de associação de molas: o primeiro é uma associação em série e o segundo, uma associação em paralelo. K1 e K2 são as constantes elásticas das duas molas associadas. Considerando que Ks e Kp sejam as constantes elásticas equivalentes da associação em série e da asso- ciação em paralelo http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 60 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br GABARITO 1. E/C/E/E 2. E/E 3. E/E/C 4. e 5. O 6. c 7. c 8. d 9. e 10. O 11. d 12. a 13. a 14. C 15. d 16. O 17. a 18. a 19. C/C 20. a http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 61 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br GABARITO COMENTADO 1. (CEBRASPE/BOMBEIROS/CBM-PA/2003) A mecânica — uma das áreas da Física — é estruturada com base nas leis da inércia, do movimento, da ação e da reação, formuladas por Isaac Newton. Pela aplicação dessas leis, podem ser explicados ma- croscopicamente diversos fenômenos da natureza relativos aos movimentos, suas causas e seus efeitos. Nesse contexto, julgue os itens seguintes. ( ) Se um corpo está em repouso, então ele não está sujeito à ação de forças. ( ) Um objeto em movimento retilíneo e uniforme está sujeito a uma força resultante nula. ( ) A ação e a reação, que caracterizam a interação entre dois corpos, sempre se anulam, já que possuem mesmo módulo, mesma direção e sentidos opostos. ( ) O princípio da ação e da reação permite explicar o fato de que uma máquina de lavar roupas, ao girar rapidamente o cesto de roupas, faz que a água saia tangencialmente pelos orifícios desse recipiente, enxugando parcialmente as roupas ali contidas. Errado/Certo/Errado/Errado. I – Errado. Se um corpo está em repouso, então ele não está sujeito à ação de forças. A 2ª Lei de Newton nos diz que, se um corpo está em repouso, o somatório das forças que atuam sobre ele (Força Resultante) é igual a zero. II – Certo. Um objeto em movimento retilíneo e uniforme está sujeito a uma força resultante nula. Conforme a 2ª Lei de Newton. III – Errado. A ação e a reação, que caracterizam a interação entre dois corpos, sempre se anulam, já que possuem mesmo módulo, mesma direção e sentidos opostos. De acordo com a 3ª Lei de Newton, as Forças que formam o par ação e http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 62 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br reação são aplicadas em corpos diferentes, portanto não se anulam. IV – Errado. O princípio da ação e da reação permite explicar o fato de que uma máquina de lavar roupas, ao girar rapidamente o cesto de roupas, faz que a água saia tangencialmente pelos orifícios desse recipiente, enxugando par- cialmente as roupas ali contidas. O que explica essa “saída” da água é a 1ª Lei de Newton, pois a tendência é que o corpo continue em Movimento Retilíneo e Uniforme, daqui a gente relembra a frase de um narrador famoso da F1 “o carro saiu pela tangente na curva!” 2. (CEBRASPE/BOMBEIROS/CBMDF/2011) Com relação a mecânica, julgue os itens a seguir. ( ) Se um corpo rígido encontrar-se em equilíbrio estático, então, necessariamente, nenhuma força estará atuando sobre esse corpo. ( ) De acordo com a terceira lei de Newton, a força de ação e a força de reação correspondente não atuam em um mesmo corpo, mas em corpos distintos. Errado/Errado. I – Errado. Se um corpo rígido se encontrar em equilíbrio estático, então, necessa- riamente, nenhuma força estará atuando sobre esse corpo. A 2ª Lei de Newton nos diz que um corpo em equilíbrio estático (repouso) tem forças atuando nele, porém a sua resultante é zero. II – Errado. De acordo com a terceira lei de Newton, a força de ação e a força de reação correspondente não atuam em um mesmo corpo, mas em corpos distintos. Não erraremos mais esta questão! Essas Forças são aplicadas em corpos diferentes (3ª Lei de Newton). http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 63 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br 3. (CEBRASPE/PERITO CRIMINAL/CPC-PA/2007) Toda a mecânica newtoniana ba- seia-se nas três leis de Newton que, por sua vez, deram origem aos conceitos de energia, momento linear e momento angular e respectivas leis de conservação. Uma vez conhecidas as forças que atuam em um dado corpo, pode-se determinar a sua história, passada ou futura, desde que esse corpo esteja sempre sujeito a tais forças. Com base nessas afirmativas, julgue os itens a seguir. ( ) Se a força resultante em um corpo é igual a zero, a aceleração também será igual a zero, do que se conclui que a 1ª lei é um caso particular da 2ª lei, logo, não se justifica como mais uma lei. ( ) Para forças constantes e não nulas, obtêm-se acelerações também constantes, e a trajetória das partículas lançadas no campo dessas forças só poderá ser retilínea. ( ) Se a força sobre um objeto for proporcional ao deslocamento deste, a partir de um ponto, e essa força tiver sempre sentido contrário ao referido deslocamento, então, um movimento oscilatório pode decorrer dessa força. Errado/Errado/Certo. I – Errado. Se a força resultante em um corpo é igual a zero, a aceleração também será igual a zero, do que se conclui que a 1ª lei é um caso particular da 2ª lei, logo não se justifica como mais uma lei. A 1ª Lei não é um caso particular da 2ª Lei de Newton. II – Errado. Para forças constantes e não nulas, obtêm-se acelerações também constantes, e a trajetória das partículas lançadas no campo dessas forças só po- derá ser retilínea. As trajetórias podem ser circulares, o que importa é saber que a velocidade irá variar uniformemente, pois trata-se de MRUV. III – Certo. Se a força sobre um objeto for proporcional ao deslocamento deste, a partir de um ponto, e essa forçativer sempre sentido contrário ao referido deslocamen- to, então, um movimento oscilatório pode decorrer dessa força. Qual é a força que é contrária ao movimento, proporcional ao deslocamento e o movimento é oscilatório? http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 64 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br É a Força Elástica F = K.x, que, se a observarmos numa mola, notaremos o movi- mento oscilatório. 4. (VUNESP/PERITO CRIMINAL/PCSP/2013) Ao ser expelido do cano de 50 cm de comprimento de uma arma em repouso relativamente ao solo, um projétil leva 0,10 s para percorrer, em linha reta e com velocidade constante, a distância de 100 m. Supondo que a massa do projétil seja de 25 g e que seu movimento no interior do cano seja realizado com aceleração constante, a intensidade da força propulsora resultante sobre ele no interior do cano deve ser, em newtons, de a) 4,0.103. O) 2,5.105. c) 2,5.103. d) 4,0.104. e) 2,5.104. Letra e. Coletando os dados: Comprimento do cano = 50 cm ÷ 100 = 0,5 m ∆t = 0,10 s ∆S = 100 m mp= 25 g ÷ 1000 = 0,025 kg Iremos calcular a velocidade do projétil ao sair do cano, que é a mesma que ele percorre os 100 m, pois a velocidade é constante, e depois aplicaremos a Equação de Torricelli para encontrar a aceleração do projétil e, em seguida, a 2ª Lei de New- ton para achar o valor da Força propulsora. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 65 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Calculamos a velocidade utilizando a equação horária do M.U. Substituindo os valores, Essa é a velocidade da saída do cano, que é a velocidade final do projétil no cano da arma. Aplicando a Equação de Torricelli: Utilizando a 2ª Lei de Newton: http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 66 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br 5. (CEBRASPE/ANALISTA PEDAGÓGICO/SESI-SP/2008) Com vestimenta própria para descer na Lua, um astronauta pesou, na Terra, 980 N. Considerando-se que o módulo da aceleração da gravidade na Terra seja igual a 9,8 m/s2, então o valor da massa, em kg, do conjunto astronauta/vestimenta medida na superfície da Lua é igual a a) 98 kg. O) 100 kg. c) 160 kg. d) 200 kg. Letra O. Coletando os dados: P = 980 N g = 9,8 m/s2 A massa de um corpo na mecânica newtoniana é invariável, portanto a massa que o astronauta tem na Terra é a mesma da Lua. Então, aplicando a equação da Força Peso: http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 67 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br 6. (CEBRASPE/PERITO CRIMINAL/SDS-PE/2016) Considere que a figura precedente representa um sistema que deva ser avalia- do para se determinar se ele suporta uma pessoa com massa corpórea de 70 kg. Sabendo que as tensões máximas suportadas pelas cordas A, B e C são, respec- tivamente, 550 N, 550 N e 750 N, e que sen 45º = cos 45º = 0,7 e g = 10 m/s2, assinale a opção que apresenta uma conclusão correta acerca desse sistema. a) Se o tamanho das cordas A e B fosse maior, as tensões máximas que cada uma delas suportaria seriam maiores também. O) Se, em vez de 45º, os ângulos do sistema fossem de 30º, e uma pessoa de 70 kg se pendurasse na corda C, a tração na corda A seria inferior a 500 N. c) O sistema representado na figura é eficiente para suportar uma pessoa de 70 kg, pois todas as cordas podem suportar as tensões nelas aplicadas, sem se arrebentarem. d) Se uma pessoa de 70 kg se pendurar na corda C, haverá o rompimento da cor- da, haja vista ser nula a resultante das forças na direção horizontal, o que demons- tra que o sistema não é capaz de suportar uma pessoa com esse peso. Letra c. Coletando os dados: TA = 550 N TB = 550 N TC = 750 N http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 68 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br O sistema representado na figura é eficiente para suportar uma pessoa de 70 kg, pois todas as cordas podem suportar as tensões nelas aplicadas, sem se arrebentarem. Temos que encontrar os valores das tensões nas cordas A e B, se os valores encon- trados forem maiores que o do enunciado, a alternativa estará errada, caso sejam menores, a alternativa estará certa. Colocando as Forças conhecidas nas cordas: O Sistema está em equilíbrio, a Força resultante é zero. Observando o triângulo formado e sabendo que a Soma dos seus ângulos Internos é 180º, temos que o ângulo desconhecido é: http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 69 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Decompondo as Tensões nos eixos x e y: Temos agora a seguinte configuração de vetores: http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 70 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br As componentes TAy e TBy são catetos adjacentes ao ângulo de 45º. Logo, As componentes TAx e TBx são catetos opostos ao ângulo de 45º. Logo, Considerando o referencial positivo para direita na direção x e para cima na direção y. Na direção y, temos que: http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 71 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Colocando 2 em evidência, temos: Equação I Na direção x, temos que: http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 72 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Substituindo a Equação II em I TA = TB = 500N são menores que os do enunciado, logo alternativa certa. a) Errada. Se o tamanho das cordas A e B fosse maior, as tensões máximas que cada uma delas suportaria seriam maiores também. O ângulo das cordas é que determinam as tensões máximas. O) Errada. Se, em vez de 45º, os ângulos do sistema fossem de 30º, e uma pessoa de 70 kg se pendurasse na corda C, a tração na corda A seria inferior a 500 N. Colocando as Forças conhecidas, Peso e as tensões nas cordas: http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 73 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br O Sistema está em equilíbrio, a Força resultante é zero. Observando o triângulo formado e sabendo que a Soma dos seus ângulos internos é 180º, temos que o ângulo desconhecido é: Lembra-se da soma vetorial quando o ângulo entre os vetores é 120º? A resultante terá o mesmo módulo dos demais vetores. Então, podemos concluir que a Tensão TA é 700N e a de T B também. Você também pode resolver da mesma forma da letra c, só mudando os ângulos. d) Errada. Se uma pessoa de 70 kg se pendurar na corda C, haverá o rompimento da corda, haja vista ser nula a resultante das forças na direção horizontal, o que http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 74 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br demonstra que o sistema não é capaz de suportar uma pessoa com esse peso. Está provado que uma pessoa de 70 kg pode se pendurar sem o rompimento da corda. 7. (FUNCAB/PERITO CRIMINAL/SE-AC) Os corpos 1 e 2, da figura a seguir, têm massas de m1 = 3 kg e m2 = 2 kg. Considere que não há atrito entre os blocos e o plano de apoio, e que o fio é inextensível e de peso desprezível. O atrito entre o fio e a polia, considerada sem inércia, também é praticamente desprezível. A ace- leração do conjunto é de: (adote g = 10 m/s²)a) 2 m/s² O) 3 m/s² c) 4 m/s² d) 5 m/s² e) 6 m/s² Letra c. Dados: m1 = 3 kg m2 = 2 kg g = 10 m/s2 http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 75 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Não tem atrito. Vamos isolar os corpos, colocar as forças existentes e, em seguida, aplicar a 2ª Lei de Newton para encontrar a aceleração do conjunto. Isolando o corpo 1 Quais as forças que atuam em 1? Força Peso, Força Normal e a Força de Tração de em 1. Observando o diagrama das forças aplicadas em 1, podemos cancelar P1 com Fn1, ou seja, elas são iguais PP = FnP Na direção x, adotando o referencial positivo para a direita e aplicando a 2ª Lei de Newton e, temos: A Força resultante será Fr = T21. Equação I Isolando o corpo 2 http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 76 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Quais as forças que atuam em 2? Força Peso e a Força de Tração de 1 em 2. Aplicando a 2ª Lei de Newton e adotando o referencial positivo para baixo, temos: A Força resultante será Fr = P2 – T12. Equação II Substituindo a Equação I em II, pois T21 é igual a T12 (ação e reação): http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 77 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br 8. (FDRH/PERITO CRIMINAL/IGP-RS/2008) Um caminhão, cuja massa é de 5,0 to- neladas, desloca-se a uma velocidade constante de 54 km/h em uma via retilínea. À sua frente, um semáforo com luz vermelha acionada indica a necessidade de pa- rada do veículo. Para que o movimento de freamento se dê em uma distância de 50 m, a força exercida sobre o caminhão deverá ser de, aproximadamente, a) 0,76 kN. O) 2,7 kN. c) 11,3 kN. d) 22,5 kN. e) 146 kN. Letra d. Coletando os dados: m = 5 t = 5000 kg V – = 0 (velocidade final) V0 = 54 km/h ÷ 3,6 = 15 m/s ∆S = 50 m Questão nível “molezinha”! O caminhão está a uma determinada velocidade quan- do aciona os freios, em seguida a velocidade diminui até chegar ao repouso. O que faz a velocidade desse veículo diminuir? É a Força de atrito, ou seja, a força exercida sobre o caminhão, que é exatamente o que o examinador pede. Portanto, devemos calcular a desaceleração sofrida pelo veículo e, em seguida, aplicar a 2ª Lei de Newton para encontrar a Força de atrito. Usando Torricelli, http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 78 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Substituindo os valores: A força de atrito é a única que atua no caminhão para fazê-lo parar, portanto é a Força Resultante. Aplicando a 2ª Lei de Newton: 9. (CEBRASPE/METRÔ-DF) Considere um trem em que o coeficiente de atrito está- tico entre o passageiro e a superfície do banco seja igual a 0,2. Em um local onde a aceleração da gravidade for de 10 m/s2. haverá risco de deslizamento do passa- geiro sobre o banco quando a desaceleração do trem atingir a marca de a) 1,6 m/s2 O) 1,7 m/s2 http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 79 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br c) 1,8 m/s2 d) 1,9 m/s2 e) 2,0 m/s2. Letra e. Coletando os dados: µ = 0,2 g = 10 m/s2 Para que o passageiro não deslize a força aplicada nele deve ser igual à Força de Atrito Estático máximo. Então, temos que Como a superfície é horizontal, podemos considerar a Força Peso do passageiro igual à Força Normal, logo, Cortando as massas dos dois lados: http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 80 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br 10. (CESGRANRIO/TÉCNICO DE PERFURAÇÃO/PETROBRAS/2008) Uma criança de 40,0 kg está sobre uma balança dentro de um elevador que desce com aceleração constante. Se a balança indica 320 N, qual é, aproximadamente, em m/s2, o valor da aceleração do elevador? Dado: aceleração da gravidade = 10,0 m/s2 a) 0,80 O) 2,00 c) 8,00 d) 9,20 e) 10,0 Letra O. Questão sobre elevador, muito cobrada em concursos públicos. O que devemos sa- ber é que o valor que a balança mede é o módulo da Força Normal! Olha que show! Então, vamos colocar as forças e aplicar a 2ª Lei de Newton. Dados: mc = 40 kg Fn = 320N g = 10 m/s2 Olha só, se o elevador estivesse em repouso, a balança deveria medir 400N, pois a Força Peso seria igual à Força Normal. Nesse caso, a Força Normal é menor que o Peso, logo estamos diante de duas situações: 1. ou o elevador está descendo acelerado (aumentando a velocidade); 2. ou o elevador está subindo retardado (diminuindo a velocidade). Isto por quê? Se colocarmos as forças que atuam, ficará mais fácil de compreender. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 81 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br No primeiro caso, o elevador está descendo acelerado. Representando a força peso, a força normal, a velocidade, a aceleração do elevador e a aceleração da gravidade: Note que a velocidade e a aceleração possuem o mesmo sentido, por isso o movi- mento do elevador é acelerado. Adotando o referencial positivo para baixo e aplicando a 2ª Lei de Newton, temos: Observe que o valor da Força Normal será o valor da Força Peso menos uma parcela “m.a”, logo Fn < P, que é exatamente a situação do enunciado do problema. Vamos ao segundo caso. O elevador está subindo retardado (diminuindo a velocidade). Representando a força peso, a força normal, a velocidade, a aceleração do elevador e a aceleração da gravidade. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 82 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Note que a velocidade e a aceleração possuem sentidos opostos, por isso o movi- mento do elevador é retardado. Adotando o referencial positivo para baixo e aplicando a 2ª Lei de Newton, temos: Observe que o valor da Força Normal será o valor da Força Peso menos uma parcela “m.a”, logo Fn < P, que também é a situação do enunciado do problema. Como o examinador não indica qual é a situação, podemos utilizar qualquer uma delas, o importante é saber que no fim teremos: Substituindo os valores: http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 83 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br FAÇA VOCÊ MESMO! Encontre as equações para: a) elevador subindo acelerado; O) elevador descendo retardado. A resposta será: Fn = P + ma para as duas situações. 11. (FUMARC/PROFESSOR/PMI/2015) Uma pessoa está no interior de um elevador que desce em movimento retardado, com uma aceleração de -0,5 m/s2. Sendo a massa da pessoa de 80 kg, o valor da força que o piso do elevador exerce na pes- soa é de a) 40 N. O) 760 N. c) 800 N. d) 840 N. Letra d. Questão que podemos resolver por exclusão, caso você tenha feito a equação da Fn para quando o elevador estiver descendo em movimento retardado, você chegou à conclusão de que Fn = P + m,a, ou seja, a Força Normal é o valor da Força peso mais uma parcela “m.a”. Portanto, na situação descrita no enunciado, chegamos à conclusão de que a Força Normal deve ser maior que a Força Peso, pois o elevador está descendo diminuindo a sua velocidade. Resposta, letra d, a Força Normal é maior que a Força Peso (800 N). http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 84 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br 12. (IDECAN/PROFESSOR/SEEC-RN/2015) Uma caixa demassa desconhecida será içada por meio de uma corda que resiste a uma força de tração máxima de 6N sem se romper. Qual é a massa dessa caixa considerando que ela será puxada confor- me indicado na figura e com a maior aceleração possível cujo valor é de 5 m/s2? (Considere: g = 10 m/s2.) a) 0,4 kg. O) 0,6 kg. c) 0,8 kg. d) 1,2 kg. Letra a. Dados: m =? a = 5 m/s2 F = 6 N Aplicando as Forças e a 2ª Lei de Newton: http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 85 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Pelo diagrama de forças acima, temos que F = T = 6N. Aplicando a 2ª Lei de Newton: http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 86 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br 13. (CESGRANRIO/TÉCNICO DE OPERAÇÃO/PETROBRAS/2017) Um homem sus- tenta uma carga de 50,0 kg por meio de uma corda e uma roldana, como mostra a Figura abaixo. Sabe-se o seguinte: a corda e a roldana são ideais; o sistema está em equilíbrio estático; tanto o homem quanto a carga encontram-se em repouso; o ângulo entre a corda e a horizontal é de 53,0º. O valor aproximado, em N, da resultante das forças de atrito entre o calçado do homem e o solo, é Dados aceleração da gravidade = 10,0 m/s2 sen 53,0º = 0,800 cos 53,0º = 0,600 a) 300 O) 375 c) 400 d) 500 e) 667 http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 87 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Letra a. Dados: m = 50 kg Fate =? Colocando as forças no problema: Note que, pelo diagrama de forças, podemos concluir que P = T = F = 500N. E que a Força de atrito estático será a componente x da Força de F, pois o sistema está em repouso. Decompondo a Força F na direção x, temos: Fx é cateto adjacente ao ângulo 53º, portanto: http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 88 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br 14. (CEBRASPE/BOMBEIROS/CBMAL/2017) Para facilitar o processo de içar um corpo, pode-se utilizar um sistema de roldanas, como o ilustrado na figura acima. Na figura, o homem que puxa a corda aplica uma força para levantar uma pessoa de 65 kg, que está presa a uma cadeira de 5 kg, que, por sua vez, está suspensa por uma corda inextensível ideal que, também, passa por uma roldana móvel ideal. Com relação a essa situação e aos vários aspectos a ela relacionados, julgue o item a seguir, considerando que a aceleração da gravidade seja de 10 m/s2. Para que a pessoa sentada na cadeira fique em equilíbrio, o homem deve aplicar uma força vertical para baixo de módulo igual a 350 N. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 89 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Certo. Dados: mp = 65 kg mb = 5 kg mTOTAL = 70 kg PTOTAL= m.g = 70.10 =700 N Faplicada =? Colocando as forças no problema Note que, pelo diagrama de forças, podemos concluir que: P = 2.T e F = T Encontrando os valores: P = 2T 700 = 2T T = 350 N Logo, o valor de F será 350 N. 15. (CESGRANRIO/TÉCNICO DE OPERAÇÕES/TRANSPETRO) A figura abaixo é o esquema de um experimento onde os fios, a polia e a mola são considerados ideais, e os atritos são desprezíveis. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 90 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Os blocos A e B se movem com a mesma aceleração, em módulo. Se o comprimento da mola, quando nenhuma carga é aplicada a ela, é de 10 cm, qual é, aproximadamente, em N/m, o valor da constante elástica da mola? Dados Aceleração da gravidade = 10 m/s2 Massa do bloco A = 30 kg Massa do bloco B = 10 kg a) 100 O) 700 c) 2.100 d) 3.000 e) 4.000 Letra d. Dados: aceleração da gravidade = 10 m/s2 http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 91 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br massa do bloco A = 30 kg massa do bloco B = 10 kg comprimento da mola = 10 cm = 0,01 m A Força Elástica será a Força de Tração, então temos que colocar as Forças no sis- tema, aplicar a 2ª Lei de Newton, achar a aceleração, a Força de Tração e, por fim, a constante elástica da mola. Como o enunciado diz que a mola é ideal, não precisa se preocupar com a massa dela. Note que a massa de A é maior que a de B, então o sistema vai rodar para o sentido anti-horário. Isolando o corpo A e aplicando a 2ª Lei de Newton: http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 92 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Isolando o corpo B e aplicando a 2ª Lei de Newton: Resolvendo o sistema das equações I e II, temos: Somando as duas equações: Para encontrar a Força Elástica, que é a Força de Tração, podemos substituir a ace- leração em qualquer equação. Substituindo na equação II: http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 93 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Pelo esquema, temos que a deformação sofrida pela mola é igual a 5cm = 0,05m. Substituindo na lei de Hooke, temos: 16. (CESGRANRIO/OPERADOR/PETROBRAS/2005) Um corpo encontra-se suspen- so no teto de um ônibus por um fio de massa desprezível. O veículo parte do repou- so, em movimento uniformemente acelerado, e o corpo suspenso desloca-se para trás em direção oposta ao movimento do ônibus, até formar um ângulo de 30º em relação a uma perpendicular ao piso do veículo. A aceleração do ônibus, em m/s2, em relação a um observador que se encontra parado no ponto do ônibus é: (Dados: aceleração da gravidade = 10m/s2; cos 30º = 0,87; sen 30º = 0,50; cos 60º = 0,50; sen 60º = 0,87; tg de 30º = 0,57) a) 4,0 O) 5,7 c) 8,0 d) 8,7 e) 10,0 Letra O. Outro tipo de questão que, vira e mexe, cai nas provas. A ideia é sempre a mesma. Colocar as forças, decompor e aplicar a 2ª Lei de Newton. A aceleração do ônibus será a mesma do corpo pendurado. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 94 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Note, PRF, que, além da aceleração da gravidade, o único dado do problema é o ângulo formado, quando o ônibus é acelerado. Dados: aceleração da gravidade = 10 m/s2 θ = 30º aceleração do ônibus =? Desenhando o problema: Decompondo a Força de Tração: Observe que Tx é cateto adjacente e Ty é cateto oposto ao ângulo de 60º, logo, Na direção y, cos 30º = 0,87; sen 30º = 0,50; cos 60º = 0,50; sen 60º = 0,87; http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 95 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Na direção x, a Força resultante é igual a Tx. Substituindo o valor de T: Cortando m dos dois lados: http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 96 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br 17. (FGV/PERITO CRIMINAL/PCRJ/2008) Um perito foi chamado para analisar um acidente de trânsito e determinar a velocidade de um carro no instante em que ele colidiu com outro que estava em repouso à sua frente. O perito recebeu as seguin- tes informações: I – no instante em que o carro começou a frear com todas as rodas travadas ele tinha uma velocidade de 20m/s; II – a marca deixada no asfalto por cada um dos pneus desde o início da freada até o instante do impacto era retilínea e tinha6,5 m de extensão; III – o coeficiente de atrito entre os pneus e o asfalto era µ = 0,3. Com base nesses dados, o perito concluiu corretamente, considerando g = 10m/s2, que a velocidade do carro no instante do impacto foi: a) 19m/s. O) 17m/s. c) 15m/s. d) 12m/s. e) 10m/s. Letra a. Vamos aos dados: V0 = 20 m/s (velocidade inicial) VI – =? (velocidade de impacto) ∆S = 6,5 m µ = 0,3 http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 97 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Questão que envolve as Leis de Newton e as equações de movimento. Vamos analisar o problema, o veículo está a uma determinada velocidade quando aciona os freios, em seguida a velocidade diminui até o impacto. O que faz a velocidade desse veículo diminuir? A Força de Atrito aplicada no sentido contrário ao do movimento. Portanto, devemos calcular a desaceleração sofrida pelo veículo e depois encontrar a velocidade inicial por meio da Equação de Torricelli. Colocando as Forças conhecidas: Observando o diagrama das forças aplicadas no veículo, podemos cancelar P com Fn, ou seja, elas são iguais P = Fn Aplicando a 2ª Lei de Newton e adotando o referencial positivo para a direita, temos: A Força resultante será Fr = - Fat. (negativo, pois Fat está para o lado negativo da trajetória). http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 98 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Cancelando as massas dos dois lados: Negativo, pois é um movimento retardado (a velocidade diminui). Agora que já temos a desaceleração, vamos utilizar a Equação de Torricelli. Substituindo os valores: 18. (FUNCAB/PROFESSOR/EBTT/2014) Na figura a seguir, sobre o bloco de 5 kg atua uma força F = 10 N, fazendo 60º com a horizontal. Admitindo que o coeficiente de atrito http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 99 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br cinético entre o bloco e a superfície é 0,1 a aceleração com a qual o bloco deslizará será em unidades do SI de: Adote g = 10 m/s², cos60º = 0,5 e sen60º = 0,8. a) 0,16. O) 0,20. c) 0,50. d) 0,75. e) 0,12. Letra a. Dados: F = 10 N m = 5 kg P = m.g =5.10 = 50 N µ = 0,1 Colocando as Forças conhecidas e Decompondo a Força F: http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 100 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Fx é cateto adjacente e Fy é cateto oposto ao ângulo. Logo, Na direção y, temos que: Na direção x, temos que: http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 101 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br 19. (CEBRASPE/TÉCNICO DE LABORATÓRIO/FUB/2016) O sistema ilustrado na figura precedente mostra uma mola de constante elástica igual 1 N/cm, a qual sustenta uma massa de 100 g. Assumindo a aceleração da gravidade igual a 9,8 m/s2, e 3,14 como o valor aproximado de π, julgue o item seguinte. ( ) Se a mola for cortada ao meio, o valor da sua constante elástica dobrará. ( ) Para o corpo estar na sua posição de equilíbrio, a mola teve de esticar um valor inferior a 1 cm. Certo/Certo. Dados: m = 100 g = 0,1 kg K = 1 N/cm = 100 N/m I – Certo. Se a mola for cortada ao meio, o valor da sua constante elástica dobrará. A Lei de Hooke estabelece que Logo a constante elástica é inversamente proporcional à deformação, logo, se cor- tarmos a mola ao meio, a constante elástica dobrará. II – Certo. Para o corpo estar na sua posição de equilíbrio, a mola teve de esticar um valor inferior a 1 cm. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 102 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Colocando as forças conhecidas. Como o sistema está em equilíbrio, a Força resultante é zero. Fr= 0. Logo, http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 103 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br 20. (CEBRASPE/PROFESSOR/SAEB) Na figura acima, estão representados dois esquemas de associação de molas: o primeiro é uma associação em série e o segundo, uma associação em paralelo. K1 e K2 são as constantes elásticas das duas molas associadas. Considerando que Ks e Kp sejam as constantes elásticas equivalentes da associação em série e da asso- ciação em paralelo Letra a. Associação em série: http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 104 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br As duas molas K1 e K2 estão submetidas à mesma Força F, ou seja, Fel1 = Fel2 = F. A deformação total da mola será a deformação da mola 1 mais a da mola, ou seja, x = x1 + x2 Para Mola 1: Para Mola 2: A deformação total das molas é dada por: Substituindo os valores: Cortando os F’s: http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 105 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Associação em paralelo As duas molas K1 e K2 estão submetidas à Força Resultante F = F1+F2. As deformações das molas K1 e K2 são iguais, ou seja, x1 = x2. Para Mola 1: Para Mola 2: A Força resultante é dada por: Substituindo os valores: http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 106 de 106 NOÇÕES DE FÍSICA Leis de Newton e suas Aplicações Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Colocando o x em evidência: Cortando os x’s, Parabéns por ter chegado até o fim desta aula! Vamos juntos até a sua aprovação! Até a próxima! http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br LEIS DE NEWTON E SUAS APLICAÇÕES Apresentação 1. Força Força Peso Força Normal Força de Tração ou de Tensão 2. As Leis de Newton 2.1. 1ª Lei de Newton 2.2. 3ª Lei de Newton 2.3. 2ª Lei de Newton 3. Força de Atrito 4. Força Elástica Questões de Concursos GABARITO Gabarito Comentado
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