Prévia do material em texto
Movimento retilíneo uniforme: exercícios FÍSICA I 217 1ª SérieMódulo 6 01 O gráfico abaixo representa o movimento de três móveis (A, B e C): S 0 A B C t A partir da observação e usando seus conhecimentos de cinemática, responda: a. É possível afirmar que algum dos três móveis está em movimento uniforme? b. Mesmo sem os valores, é possível determinar qual deles tem maior velocidade? 02 (UFJF) O gráfico abaixo representa aproximadamente a posição de um carro em função do tempo em um movimento unidimensional: –50 0 1 2 3 4 5 6 100 S (m) t (s) Sobre esse movimento, podemos afirmar que: (A) a velocidade do carro é nula entre os instantes t = 1 s e t = 2 s. (B) a velocidade do carro é nula entre os instantes t = 3 s e t = 6 s. (C) a velocidade do carro é a mesma nos instantes t = 4 s e t = 5 s. (D) o carro está parado entre os instantes t = 4 s e t = 5 s. 03 (FURRN) As funções horárias de dois trens que se movimentam em linhas paralelas são s1 = k1 + 40t e s2 = k2 + 60t, em que o espaço s está em quilômetros e o tempo t está em horas. Sabendo que os trens estão lado a lado no instante t = 2,0 h, a diferença k1 – k2, em quilômetros, é igual a: (A) 30. (B) 40. (C) 60. (D) 80. (E) 100. 04 Um veículo percorre determinada distância com velocidade v em um dado tempo t. Se a velocidade for aumentada em 50%, qual será, em porcentagem, a redução de tempo para a mesma distância? 05 (UFRJ) Dois trens, um de carga e outro de passageiros, movem-se nos mesmos trilhos retilíneos, em sentidos opostos, um aproximando-se do outro, ambos com movimentos uniformes. O trem de carga, de 50 m de comprimento, tem uma velocidade de módulo igual a 10 m/s, e o de passageiros, uma velocidade v. O trem de carga deve entrar em um desvio para que o de passageiros possa prosseguir viagem nos mesmos trilhos, como ilustra a figura. No instante focalizado, as distâncias das dianteiras dos trens ao desvio valem 200 m e 400 m: v desvio 10 m/s 400 m 200 m Calcule o valor máximo de v para que não haja colisão. 06 (FGV-SP) Um batalhão de infantaria sai do quartel para uma marcha de exercícios às 5 horas da manhã, ao passo de 5 km/h. Depois de 1 hora e 30 minutos, uma ordenança sai do quartel de jipe para levar uma informação ao comandante da marcha, ao longo da mesma estrada a 80 km/h. Quantos minutos a ordenança levará para alcançar o batalhão? (A) 11 minutos. (B) 1 minuto. (C) 5,625 minutos. (D) 3,5 minutos. (E) 6 minutos. 07 Uma abelha comum voa a uma velocidade de aproximadamente v1 = 25,0 km/h quando parte para coletar néctar e a v2 = 15,0 km/h quando volta para a colmeia, carregada de néctar. Suponha que uma abelha, nessas condições, parte da colmeia voando em linha reta até uma flor que se encontra a uma distância D, gasta 2 minutos na flor e volta para a colmeia, também em linha reta. Sabendo que o tempo total que a abelha gastou indo até a flor, coletando néctar e voltando para a colmeia foi de 34 minutos, esboce o gráfico v × t e s × t que descreve essa situação. 218 1ª Série FÍSICA I Módulo 6 08 (UERJ) O gráfico a seguir mostra a abscissa da posição de uma partícula que se move ao longo do eixo x em função do tempo t e destaca três instantes de tempo distintos: t1, t2 e t3: t1 t2 t35 10 15 20 t (s) s (m) 10 Coloque em ordem crescente os valores das velocidades escalares instantâneas da partícula nos instantes t1, t2 e t3. Justifique a sua resposta. 09 (IFPE) Toda manhã, um ciclista pedala na orla de Boa Viagem durante 2 horas. Curioso para saber sua velocidade média, ele esboçou o gráfico da velocidade escalar em função do tempo, conforme a figura abaixo. A velocidade média, em km/h, no intervalo de tempo de 0 a 2 h vale: 10 2 0 1 2 t (h) V (km/h) (A) 3. (B) 4. (C) 6. (D) 8. (E) 9. 10 O gráfico a seguir ilustra a posição de dois móveis, M e N, que inicialmente estão na mesma posição de uma trajetória: v (m/s) 0 M N T t (s) Explique o significado físico da área destacada no intervalo de 0 a T segundos. 01 (FATEC) Isabela combinou de se encontrar com seu primo Mateo no ponto de ônibus. Ela mora a 1 km do ponto, e ele, a 2,5 km do mesmo ponto de ônibus, conforme figura a seguir: 2,5 km 1 km Mateo ponto de ônibus Isabela Mateo ligou para Isabela e lhe avisou que sairia de casa às 12h40min. Para chegar ao local marcado no mesmo horário que seu primo, Isabela deve sair de sua casa, aproximadamente, às: (Considere que ambos caminhem com a mesma velocidade em módulo de 3,6 km/h.) (A) 13h00min. (B) 13h05min. (C) 13h10min. (D) 13h15min. (E) 13h25min. 02 (FUVEST) As velocidades de crescimento vertical de duas plantas A e B, de espécies diferentes, variam em função do tempo decorrido após o plantio de suas sementes, como mostra o gráfico: v (cm/semana) t (semana)t0 A B t1 t2 Pela análise do gráfico: (A) A atinge uma altura final maior do que B. (B) B atinge uma altura final maior do que A. (C) A e B atingem a mesma altura final. (D) A e B atingem a mesma altura no instante t0. (E) A e B mantêm altura constante entre os instantes t1 e t2. 03 (PUC) O gráfico abaixo representa as posições de três corre- dores de uma maratona em função do tempo. O percurso total da maratona é de 42 km. Que corredor venceu a maratona e qual cruzou a linha de chegada com menor velocidade, respectivamente? 1 2 3 t (horas) A B C 42 s (km) Movimento retilíneo uniforme: exercícios FÍSICA I Módulo 6 219 1ª Série (A) A e B. (B) A e C. (C) C e A. (D) C e B. (E) B e A. 04 (FUVEST) Um automóvel desloca-se em uma trajetória retilínea durante 100 segundos. Sua velocidade média durante esse intervalo de tempo é de 2 metros por segundo. Se x representa a posição do automóvel em função do tempo t, com relação a uma origem, e v representa sua velocidade instantânea, o único gráfico que reproduz esse movimento é: (A) 400 x (m) 0 100 t (s) (B) 4,0 V (m/s) 0 100 t (s) (C) 200 x (m) 0 100 t (s) (D) V (m/s) 0 100 t (s) 4,0 (E) x (m) 0 100 t (s) 200 05 (FUVEST) Um perito investiga uma situação em que os motoristas de três automóveis são acusados de cometer um crime. De acordo com o advogado de defesa, os motoristas partiram de um ponto em comum e chegaram juntos ao local do crime. Os gráficos a seguir referem-se a movimentos unidimensionais dos automóveis, representando a posição como função do tempo. O perito, ao analisar o gráfico, conclui que os três automóveis possuem: x a a 2 b/3 b t x a a 2 b/2 b t x a a 2 2b/3 b t (A) a mesma velocidade média. (B) a mesma velocidade máxima. (C) a mesma velocidade inicial. (D) a mesma velocidade final. (E) o mesmo valor absoluto da velocidade. 06 (FUVEST) Caminhar faz bem para a saúde. Pesquisas mostram que o ato de caminhar reduz a pressão arterial e a gordura no sangue, diminuindo em 30% a chance de um infarto. Além disso, para cada hora de caminhada, uma pessoa ganha 1 hora de vida a mais. Dona Severina, de 75 anos, começou a caminhar toda manhã, por recomendação médica. Elenice, sua filha, usou um aplicativo para celular que monitora a caminhada da sua mãe. O gráfico a seguir ilustra a posição s, em função do tempo t, da primeira caminhada de Dona Severina em linha reta durante 400 segundos. Analisando o gráfico, Elenice concluiu que: 100 80 60 40 20 s (m) 100 200 300 400 t (s) (A) a velocidade no instante t = 200 s vale 0,5 m/s. (B) em nenhum instante a Dona Severina parou. (C) a distância total percorrida durante os 400 segundos foi de 120 m. (D) o deslocamento durante os 400 segundos foi de 180 m. (E) o valor de sua velocidade no instante t = 50 s é menor do que no instante t = 350 s. 220 1ª Série FÍSICA I Módulo 6 07 (UEL) Duas cidades, A e B, distam 400 km entre si. Da cidade A parte um móvel P dirigindo-se à cidade B e, no mesmo instante, parte de B outro móvel Q dirigindo-se a A. Os pontos P e Q executam movimentos uniformes, e suas velocidades escalares são, em módulo,30 km/h e 50 km/h, respectivamente. A distância da cidade A ao ponto de encontro dos móveis P e Q, em km, vale: (A) 120. (B) 150. (C) 200. (D) 240. (E) 250. 08 (UFSC) Um ratinho afasta-se de sua toca em busca de alimento, percorrendo uma trajetória retilínea. No instante t = 11 s, um gato pula sobre o caminho do ratinho e ambos disparam a correr: o ratinho retornando sobre a mesma trajetória em busca da segurança da toca, e o gato atrás do ratinho. O gráfico da figura representa as posições do ratinho e do gato, em função do tempo, considerando que, no instante t = 0, o ratinho partiu da posição d = 0, isto é, da sua toca: d (m) t (s)15105,00 5,0 10 15 20 gato ratinho Sobre o movimento do ratinho e do gato: (A) no instante t = 10 s, o ratinho encontra-se a 10 m da sua toca, isto é, do seu ponto de partida. (B) o ratinho deslocou-se com velocidade constante entre os instantes t = 5,0 s e t = 7,0 s. (C) o movimento do ratinho foi sempre retilíneo e uniforme, tanto na ida como na volta. (D) o gato encontrava-se a 5,0 metros do ratinho quando começou a persegui-lo. (E) o gato percorre uma distância maior que a do ratinho, em menor tempo, por isso alcança-o antes que ele possa chegar à toca. 09 (UFCE) Considere certo número de soldados dispostos em fila indiana, separados uns dos outros por uma distância constante d = 2 m. Eles iniciam uma marcha com ritmo de 120 passos por minuto, obedecendo às batidas regulares de um tambor conduzido pelo primeiro da fila. Sabe-se que cada soldado inicia a sua marcha com o pé direito ao ouvir a primeira batida do tambor. Iniciada a marcha, observa-se que o último soldado da fila (e somente ele) está rigorosamente dando seus passos com o pé trocado em relação ao primeiro da fila. Sendo a velocidade do som igual a 340 m/s, o número de soldados contidos na fila vale: (A) 43. (D) 85. (B) 56. (E) 86. (C) 61. 10 (FUVEST) Uma jovem viaja de uma cidade A para uma cidade B, dirigindo um automóvel por uma estrada muito estreita. Em um certo trecho, em que a estrada é reta e horizontal, ela percebe que seu carro está entre dois caminhões-tanque bidirecionais e iguais, como mostra a figura. A jovem observa que os dois caminhões, um visto através do espelho retrovisor plano e o outro visto através do para-brisa, parecem aproximar-se dela com a mesma velocidade. Como o automóvel e o caminhão de trás estão viajando no mesmo sentido, com velocidades de 40 km/h e 50 km/h, respectivamente, a velocidade do caminhão que está à frente é: 160 km A 160 120 km B 120 50 km/h 40 km/h ? (A) 50 km/h com sentido de A para B. (B) 50 km/h com sentido de B para A. (C) 40 km/h com sentido de A para B. (D) 30 km/h com sentido de B para A. (E) 30 km/h com sentido de A para B. 11 (UNESP) Uma bola desloca-se em trajetória retilínea, com velocidade constante, sobre um plano horizontal transparente. Com o Sol a pino, a sombra da bola é projetada verticalmente sobre um plano inclinado, como mostra a figura a seguir: sombra raios solares Nessas condições, a sombra desloca-se sobre o plano inclinado em: (A) movimento retilíneo uniforme, com velocidade de módulo igual ao da velocidade da bola. (B) movimento retilíneo uniforme, com velocidade de módulo menor que o da velocidade da bola. (C) movimento retilíneo uniforme, com velocidade de módulo maior que o da velocidade da bola. (D) movimento retilíneo uniformemente variado, com velocidade de módulo crescente. (E) movimento retilíneo uniformemente variado, com velocidade de módulo decrescente. 12 (UECE) Na disputa de uma corrida, dois ciclistas, X e Y, partem juntos, mantendo constante o sentido do movimento. O ciclista X percorre 12 km nos primeiros 10 minutos, 20 km nos 15 minutos seguintes e 4 km nos 5 minutos finais. O ciclista Y mantém durante todo o percurso uma velocidade uniforme. Ao final da corrida, eles chegam juntos, isto é, empatam. A velocidade constante do ciclista Y, em km/h, é: (A) 18. (B) 24. (C) 36. (D) 72. Movimento retilíneo uniforme: exercícios FÍSICA I Módulo 6 221 1ª Série 02 Dispõe-se de duas velas inteiras, de mesmas dimensões, mas feitas de materiais diferentes. Sabe-se que, após serem acesas, uma queima completamente em 3 horas e a outra, em 4 horas. Para cada uma delas, o comprimento queimado por unidade de tempo é constante. Em que horário da tarde as duas velas devem ser acesas para que às 16h o comprimento de uma seja igual à metade do comprimento da outra? 01 À noite, em uma quadra esportiva, uma pessoa de altura h caminha em movimento retilíneo e uniforme com velocidade escalar v. Apenas uma lâmpada L, que pode ser considerada uma fonte luminosa puntiforme e que se encontra a uma altura H do piso, está acesa: H L E h v sombra da pessoa Determine, em função de H, h e v, a velocidade escalar média vE da extremidade E da sombra projetada no chão. O movimento com aceleração Você já jogou no celular usando o movimento do aparelho como forma de interação? O responsável por esse curioso “milagre” tecnológico é um pequeno dispositivo elétrico, preso ao interior do aparelho, denominado acelerômetro. Ele detecta a aceleração sofrida pelo aparelho por meio da avaliação da sua posição relativa. Com isso, consegue detectar se houve movimento e envia as informações para o processador do aparelho. Alguns jogos e aplicativos que se baseiam no movimento do aparelho para executar alguma função utilizam largamente os acelerômetros, mas o seu uso não se restringe somente a isso. Nos carros mais modernos, o acelerômetro exerce uma importante função relacionada ao controle de estabilidade, calculando as forças a que o veículo está sendo submetido, além de auxiliar na orientação do GPS. Para que essa funcionalidade se realize, é necessário conhecer a grandeza física aceleração e saber como determiná-la. Neste módulo, estudaremos o que é a aceleração e as suas propriedades. C6 expectativas de aprendizagem: – Calcular a aceleração média de um corpo; – aplicar as equações do movimento uniformemente variado; – conhecer o teorema da velocidade média no MUV. © Y U N U S A RA KO N /i St oc k 1. Aceleração escalar média No difícil mundo da caçada, força muscular, reações rápidas, boa visão e alta velocidade garantem o sucesso. Quando se trata de caçar, o maior corredor, entre os animais terrestres, é o guepardo. Seu corpo esguio e aerodinâmico, com pequenas orelhas, pernas longas e espinha flexível, é perfeitamente estruturado para arrancadas rápidas. A aceleração do guepardo é espantosa. Como uma flecha atirada de um arco, ele atinge, a partir da imobilidade, uma velocidade de 70 km/h em três segundos – quase tão rápido quanto um carro de Fórmula 1 e mais rápido que a maioria dos carros esportivos. © th ro ug h- m y- le ns /i St oc k A aceleração é um conceito físico ligado à rapidez com que ocorre a mudança de velocidade de um corpo. O guepardo, por exemplo, atinge altas velocidades em curto intervalo de tempo e, por isso, tem grande aceleração. Outros animais chegam à mesma velocidade, porém demoram mais tempo. Em outras palavras, a aceleração escalar determina se a velocidade de um corpo aumenta ou diminui com muita rapidez. Para determinar o valor da aceleração, deve-se dividir a variação de velocidade de um corpo pelo intervalo de tempo que ele gastou para realizar tal mudança. Assim, a v v t t v tm = − − =0 0 ∆ ∆ em que Δv representa a variação de velocidade e Δt representa o intervalo de tempo. A unidade de aceleração no Sistema Interna- cional (SI) é o m/s2. Dessa forma, se um móvel tem uma aceleração de 3 m/s2, isso significa que a sua velocidade varia 3 m/s a cada segundo de movimento. É importante perceber que, se não houver variação do módulo da velocidade, não haverá aceleração escalar e, por isso, pode-se dizer que no movimento retilíneo uniforme a aceleração escalar sempre é nula. 2. Movimento acelerado e movimento retardado Intuitivamente,é fácil perceber que um movimento é acelerado quando o valor da sua velocidade aumenta e retardado (ou desa- celerado) quando esse valor diminui; porém, essa não é a maneira correta de defini-los. Como exemplo, observe-se a seguinte situação: um carro trafega por uma rodovia retilínea no sentindo contrário à trajetória e, portanto, com movimento retrógrado. Tal fato caracteriza uma velocidade negativa e, se o motorista pisar no acelerador, a veloci- dade se torna cada vez mais negativa. FÍSICA I Módulo 7 222 1ª Série km 0 km 50 k m 100 km 15 0 km 200 –60 km/h t –40 km/h t0 Mesmo que o valor da velocidade tenha diminuído, não se pode dizer que o corpo desacelerou. Na verdade, o corpo acelerou! A intuição falhou nessa situação. Para classificar o movimento corretamente, é necessário formalizar os conceitos de movimento acelerado e retardado. Um movimento é dito acelerado quando o módulo da velocidade do corpo aumenta; um movimento é dito retardado quando o módulo da velocidade do corpo diminui. É possível, também, classificar o movimento como acelerado quando a velocidade e a aceleração têm o mesmo sinal e como retardado quando essas duas grandezas têm sinais diferentes. A tabela abaixo resume essa classificação. Aceleração Velocidade Tipo de movimento + – movimento retardado + + movimento acelerado – – movimento acelerado – + movimento retardado 3. Movimento retilíneo uniformemente variado (MRUV) Quando um carro freia bruscamente, o módulo da sua velocidade sofre redução em curtíssimo intervalo de tempo. Essa aceleração pode, ou não, ocorrer de maneira constante. Seguem as figuras abaixo: 20,0 m/s 0,0 s 15,0 m/s 1,0 s 10,0 m/s 2,0 s 5,0 m/s 3,0 s 0,0 m/s 4,0 s 20,0 m/s 0,0 s 15,0 m/s 1,0 s 12,0 m/s 2,0 s 8,0 m/s 3,0 s 0,0 m/s 4,0 s No primeiro caso, a velocidade do carro diminui 5 m/s a cada segundo. Esse é um exemplo em que a variação da velocidade é constante. No segundo caso, também ocorre uma redução na velocidade até cessar o movimento, porém a variação da velocidade não é constante. O movimento é dito variado quando a velocidade de um corpo muda. No caso específico em que a variação muda constantemente (como na primeira figura apresentada), considera-se que o corpo executa um MUV. Nesse tipo de movimento, a aceleração do corpo é constante, e, por isso, ele sofre variações iguais de velocidade em iguais intervalos de tempo. Isso é válido tanto para o movimento retardado quanto para o movimento acelerado. Como o jet ski acelera? Jet ski - propulsão eixo de transmissão impulsor grade de entrada motor bocal de direção A ilustração acima mostra algumas partes de um jet ski. O movimento dele é semelhante ao de um foguete. Este expele gases em alta pressão para a atmosfera, que o empurram para cima (terceira lei de Newton – ação e reação). O jet ski utiliza um mecanismo que cria um jato de água, e o impulsor o empurra pelo bocal de direção. A aceleração criada pelo fluxo da água é importante tanto para aumentar a velocidade do jet ski quanto para ajudá-lo a executar uma curva. Um detalhe imprescindível para o uso seguro de um jet ski é jamais diminuir a velocidade instintiva- mente. Esse procedimento faz com que ele flutue e continue se movendo em linha reta. O condutor, então, perde a capacidade de mudar a direção do veículo, que só para pela força de atrito com a água. 4. Função horária de velocidade Um corpo sofre variações iguais de velocidade em um MUV. Será que é possível descobrir que velocidade terá esse corpo, que executa um MUV, em um instante qualquer? A resposta é sim, e é muito fácil fazer essa previsão. É apresentada a seguinte situação: um policial faz uma ronda com sua moto, com velocidade constante de 36 km/h, quando passa O movimento com aceleração FÍSICA I Módulo 7 223 1ª Série por ele um veículo suspeito em alta velocidade. Imediatamente ele acelera de maneira constante, com a máxima aceleração da moto, que é de 3 m/s2. © Ri um a7 2/ iS to ck Isso significa que a velocidade da moto aumenta 3 m/s a cada segundo. A tabela a seguir registra a velocidade do policial em cada instante: t = 0 v = 10 m/s t = 1 s v = 10 + 3 · 1 = 13 m/s t = 2 s v = 10 + 3 · 2 = 16 m/s t = 3 s v = 10 + 3 · 3 = 19 m/s t = 4 s v = 10 + 3 · 4 = 22 m/s t = 5 s v = 10 + 3 · 5 = 25 m/s A velocidade inicial e a aceleração não mudam, e, consequen- temente, em um instante t qualquer, a velocidade do policial é dada por v = 10 + 3t. Essa equação é denominada função horária da velocidade no MUV e permite calcular a velocidade desse policial em qualquer instante. Portanto, para um corpo em movimento retilíneo unifor- memente variado, a velocidade em qualquer instante é dada pela equação abaixo: v = v0 + at em que: v é a velocidade em determinado instante; v0 é a velocidade inicial; a é a aceleração escalar do corpo; t é o instante do movimento. 5. Função horária de posição Ainda sobre o exemplo anterior: será que o deslocamento do policial, para cada intervalo igual de tempo, é sempre igual? A resposta é não. O deslocamento seria igual apenas se a velocidade fosse constante. Mas será que é possível determinar a posição dele em cada instante? A resposta é sim, e, para isso, é usada uma equação denominada função horária da posição, escrita da seguinte forma: s s v t at� � �0 0 2 2 em que: s é a posição em determinado instante; s0 é a posição inicial; v0 é a velocidade inicial do corpo; t é o instante do movimento; a é a aceleração escalar do corpo. Para entender como se utiliza essa equação, deve-se consi- derar que, no instante em que o policial começa a acelerar (t0 = 0), ele percebe que está na posição 400 m. A partir daí, a tabela a seguir mostra a posição desse policial em cada instante: t s� � � � � � � �1 400 10 1 3 1 2 411 5 2 , m t s� � � � � � � �2 400 10 2 3 2 2 426 0 2 , m t s� � � � � � � �3 400 10 3 3 3 2 443 5 2 , m t s� � � � � � � �4 400 10 4 3 4 2 464 0 2 , m Perceba-se que, entre os instantes 1 s e 2 s, o deslocamento foi de 15,5 m; entre os instantes 2 s e 3 s, o deslocamento foi de 17,5 m; e entre os instantes 3 s e 4 s, o deslocamento foi de 20,5 m. Isso mostra que, quando um corpo está acelerando, seus deslocamentos são sempre maiores e que, de maneira análoga, quando está desa- celerando, seus deslocamentos são cada vez menores. t ∇ t ∇ t ∇ Movimento acelerado. t ∇ t ∇ t ∇ Movimento retardado. 6. Equação de Torricelli Para que o policial faça a abordagem ao alcançar o carro suspeito, ele precisa parar sua moto. Considera-se que, no momento que ele começa a desacelerar (–2 m/s2), sua velocidade é de 20 m/s. Será que é possível calcular a distância que ele percorreu até parar? 224 1ª Série FÍSICA I Módulo 7 Se beber, não dirija! © G ab ri el e Ta m bo rr el li/ iS to ck A implantação da Lei Seca no Brasil, que fiscaliza o teor de álcool no organismo de um motorista, trouxe significativas reduções nos acidentes e mortes no trânsito. A média nacional de vítimas fatais diminuiu 6,2% em todo o Brasil. Somente no Rio de Janeiro, houve uma redução de 32% nas mortes e de 27% nos acidentes de trânsito. Dirigir embriagado aumenta o tempo de reação do motorista e a distância de parada total. A simples ingestão de dois copos de cerveja aumenta o tempo de reação do motorista de 0,75 para 2 segundos. Velocidade (km/h) Deslocamento durante o tempo de reação Deslocamento durante a frenagem Deslocamento total (motorista sóbrio) Deslocamento total (motorista embriagado) 54 15 25 40 65 72 20 44,4 64,4 84,4 90 25 69,4 94,4 119,4 108 30 100 130 160 190 52,8 309 361,8 414,6 Distância percorrida, em metros, para cada velocidade e tipo de motorista. Noventa por cento do álcool ingerido é absorvido pelo organismo em apenas 1 hora, mas leva de 6 a 8 horas para a sua eliminação total. 01 Um motoboy muito apressado,deslocando-se a 30 m/s, freou para não colidir com um automóvel à sua frente. Durante a frenagem, a moto percorreu 30 m de distância em linha reta, tendo sua velocidade uniformemente reduzida até parar, sem bater no automóvel. O módulo da aceleração média da moto, em m/s2, enquanto percorria a distância de 30 m, foi de: (A) 10. (D) 45. (B) 15. (E) 108. (C) 30. Utilize o leitor óptico do seu celular para assistir à videoaula. https://vimeo.com/115963773 É possível calcular o tempo gasto até o policial parar utilizando a função horária da velocidade e, em seguida, substituindo esse valor na equação horária de posição. No entanto, existe uma forma mais simples para resolver esse problema sem calcular o intervalo de tempo gasto. A equação de Torricelli permite calcular o deslocamento de um corpo, em um movimento uniformemente variado, sem a necessidade do cálculo do tempo gasto. Essa equação é escrita da seguinte forma: v2 = v20 + 2aΔs Observa-se que o fator tempo não aparece nessa expressão. Ao substituir os valores na equação acima, a distância percor- rida pelo policial até parar por completo vale 100 metros. Portanto, 02 = 202 + 2 · (–2) · Δs → Δs = 100 metros. 7. Velocidade média no MRUV Uma propriedade do movimento retilíneo uniformemente variado é que a velocidade média entre dois pontos é a média aritmética das velocidades nos referidos pontos. Para provar essa propriedade, considera-se que um móvel, inicialmente com velocidade v0, movimenta-se com aceleração a até que, após um intervalo de tempo Δt, atinge a velocidade v. O gráfico v × t abaixo descreve o movimento desse móvel: v v t t0 t v0 Partindo do fato de que a área do gráfico v × t é numericamente igual ao deslocamento, segue a equação: ∆ ∆s v v t= + ⋅ ( )0 2 A velocidade média nesse intervalo é dada por: v s t v v t t v v m = = + ⋅ = +∆ ∆ ∆ ∆ ( ( ) ) 0 02 2 O movimento com aceleração FÍSICA I Módulo 7 225 1ª Série Solução: Letra B. Dados: v0 = 30 m/s; Δs = 30 m; v = 0; a = ? O problema consiste em uma aplicação direta da equação de Torricelli: v2 = v0 2+ 2aΔs → 0 = 302 + 2 · a · 30 → a = –15 m/s2. 02 A função horária da posição s de um móvel é dada por s = 20 + 4t – 3t2, com unidades do Sistema Internacional. Nesse mesmo sistema, a função horária da velocidade do móvel é: (A) v = –16 – 3t. (B) v = –6t. (C) v = 4 – 6t. (D) v = 4 – 3t. (E) v = 4 – 1,5t. Solução: Letra C. Como a função horária de posição é uma função do segundo grau, sabemos que o corpo executa um MUV. s = s0 + v0t + ½at 2 s = 20 + 4t – 3t2. Comparando as equações, percebemos que s0 = 20 m, v0 = 4 m/s e a = –6 m/s2. Escrevendo a equação horária de velocidade, temos: v = v0 + at → v = 4 – 6t (SI). 03 Um veículo automotivo, munido de freios que reduzem a velocidade de 5,0 m/s, a cada segundo, realiza movimento retilíneo uniforme com velocidade de módulo igual a 10,0 m/s. Em determinado instante, o motorista avista um obstáculo, e os freios são acionados. Considerando-se que o tempo de reação do motorista é de 0,5 s, a distância que o veículo percorre até parar é igual, em metros, a: (A) 17,0. (D) 7,0. (B) 15,0. (E) 5,0. (C) 10,0. Solução: Letra B. Na primeira marca de 0,5 s, o veículo está em movimento uniforme, pois ainda não está desacelerando. A distância percorrida nesse trecho será Δs = 10 · 0,5 → Δs = 5 m. Para calcularmos a distância até parar, vamos usar a equação de Torricelli (a = –5 m/s2). v2 = v0 2 + 2aΔs → 0 = 102 + 2 · (–5) · Δs → Δs = 10 m. Somando as distâncias, concluimos que, até parar, o veículo percorre 15,0 m. 01 (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. 02 (UNIFESP) Um avião a jato para transporte de passageiros precisa atingir a velocidade de 252 km/h para decolar em uma pista plana e reta. Para uma decolagem segura, o avião, partindo do repouso, deve percorrer uma distância máxima de 1.960 m até atingir aquela velocidade. Para tanto, os propulsores devem imprimir ao avião uma aceleração mínima e constante de: (A) 1,25 m/s2. (B) 1,40 m/s2. (C) 1,50 m/s2. (D) 1,75 m/s2. (E) 2,00 m/s2. 03 (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. (C) 6 s e 80 m. (D) 10 s e 200 m. (E) 6 s e 120 m. 04 (UFPE – adaptada) Uma partícula se move ao longo do eixo x de modo que sua posição é descrita por x(t) = –10,0 + 2,0t + 3,0t2, em que o tempo está em segundos e a posição está em metros. Calcule o módulo da velocidade média, em metros por segundo, no intervalo entre t = 1,0 s e t = 2,0 s, e a velocidade no instante 5 s. 05 (UNICAMP) Os avanços tecnológicos nos meios de transporte reduziram de forma significativa o tempo de viagem ao redor do mundo. Em 2008 foram comemorados os 100 anos da chegada em Santos do navio Kasato Maru, que, partindo de Tóquio, trouxe ao Brasil os primeiros imigrantes japoneses. A viagem durou cerca de 50 dias. Atualmente, uma viagem de avião entre São Paulo e Tóquio dura em média 24 horas. A velocidade escalar média de um avião comercial no trecho São Paulo-Tóquio é de 800 km/h. a. O comprimento da trajetória realizada pelo Kasato Maru é igual a aproximadamente duas vezes o comprimento da trajetória do avião no trecho São Paulo-Tóquio. Calcule a velocidade escalar média do navio em sua viagem ao Brasil. b. A conquista espacial possibilitou uma viagem do homem à Lua realizada em poucos dias e proporcionou a máxima velo- cidade de deslocamento que um ser humano já experimentou. Considere um foguete subindo com uma aceleração resultante constante de módulo aR = 10 m/s 2 e calcule o tempo que o foguete leva para percorrer uma distância de 800 km, a partir do repouso. 226 1ª Série FÍSICA I Módulo 7 01 (UFRGS) O tempo de reação tR de um condutor de um automóvel é definido como o intervalo de tempo decorrido entre o instante em que o condutor se depara com uma situação de perigo e o instante em que ele aciona os freios. (Considere dR e dF, respectivamente, como as distâncias percorridas pelo veículo durante o tempo de reação e de frenagem e dT, a distância total percorrida. Então, dT = dR + dF.) Um automóvel trafega com velocidade constante de módulo v = 54,0 km/h em uma pista horizontal. Em dado instante, o condutor visualiza uma situação de perigo, e seu tempo de reação a essa situação é de 4/5 s, como ilustrado nesta sequência de figuras: Ao reagir à situação de perigo iminente, o motorista aciona os freios, e a velocidade do automóvel passa a diminuir gradativamente, com aceleração constante de módulo 7,5 m/s2. Nessas condições, a distância dF é de: (A) 2,0 m. (B) 6,0 m. (C) 15,0 m. (D) 24,0 m. (E) 30,0 m. 02 No circuito automobilístico de Spa-Francorchamps, na Bélgica, um carro de Fórmula 1 sai da curva Raidillon e, depois de uma longa reta, chega à curva Les Combes. Raidillon Les Combes A telemetria da velocidade versus tempo do carro foi registrada e é apresentada no gráfico a seguir: ve lo ci da de ( m /s ) 2520151050 100 90 80 70 60 50 40 tempo (s) Qual das alternativas a seguir contém o gráfico que melhor representa a aceleração do carro de F-1 em função desse mesmo intervalo de tempo? (A) 2520151050 40 30 20 10 0 –10ac el er aç ão ( m /s 2 ) tempo (s) (B) 2520151050 10 0 –10 –20 –30 –40 –50 ac el er aç ão ( m /s 2 ) tempo (s) (C) 2520151050 10 0 –10 –20 –30 –40 –50ac el er aç ão ( m /s 2 ) tempo (s) O movimento com aceleração FÍSICA I Módulo 7 227 1ª Série (D) 2520151050 10 0 –10 –20 –30 –40 –50 ac el er aç ão ( m /s 2 ) tempo (s) (E) 2520151050 40 30 20 10 0 –10ac el er aç ão ( m /s 2 ) tempo (s) 03 (UFPR) Em uma prova internacional de ciclismo, dois dos ciclistas, um francês e, separado por uma distância de 15 m à sua frente, um inglês, movimentam-se com velocidades iguais e constantes de módulo 22 m/s. Considere agora que o representante brasileiro na prova, ao ultrapassar o ciclista francês, possui uma velocidade constante de módulo 24 m/s e inicia uma aceleração constante de módulo 0,4 m/s2, com o objetivo de ultrapassar o ciclista inglês e ganhar a prova. No instante em que ele ultrapassa o ciclista francês, faltam ainda 200 m para a linha de chegada. Com base nesses dados e admitindo que o ciclista inglês, ao ser ultrapas- sado pelo brasileiro, mantenha constantes as características do seu movimento, o tempo gasto pelo ciclista brasileiro para ultrapassar o ciclista inglês e ganhar a corrida foi: (A) 1 s. (B) 2 s. (C) 3 s. (D) 4 s. (E) 5 s. 04 (CEFET) A seguir, apresentamos um quadro para a comparação da aceleração de alguns veículos. Para todos os casos, o teste foi realizado com os veículos acelerando de 0 a 100 km/h. Observe o tempo necessário para que todos tivessem a mesma variação de velocidade: 4035302520151050 10,78 4,0 13,44 17,25 28,11 31,34 33,35 9,09 11,9 5,4 5,4 8,05 BMW 330i top Porsche 911 Turbo Stock Car Opala 4100 Mercedes-Benz C320 Parati 1.0 16V Gol 1.0 16V Gol 1.0 8V Corsa Super Palio Adventure 1.6 16V Corvette Z06 KA Xr 1.6 Tomando como referência o gráfico apresentado, o veículo que possui a maior aceleração e a relação, aproximada, entre a sua aceleração e a do veículo de menor aceleração são: (A) Parati e 8 vezes maior. (B) Parati e 8 vezes menor. (C) Corvette e 8 vezes maior. (D) Corvette e 8 vezes menor. (E) Corvette e 10 vezes maior. 05 (UFAL) O cano de uma arma tem comprimento de 40 cm, e a bala, de massa 10 g, a partir do repouso, é expulsa pelos gases provenientes da explosão da pólvora, saindo da arma com veloci- dade de 400 m/s. A aceleração média da bala no interior do cano vale, em m/s2: (A) 1,0 · 104. (B) 2,0 · 104. (C) 5,0 · 104. (D) 1,0 · 105. (E) 2,0 · 105. 06 (CEFET-MG) Um carro se desloca com movimento retilíneo uniformemente variado em uma estrada plana, passando em determinado ponto com velocidade de 15 m/s. Sabendo-se que ele gasta 5,0 segundos para percorrer os próximos 50 metros, sua velocidade no final do trecho, em m/s, é de: (A) 5. (B) 10. (C) 15. (D) 20. 07 (ACAFE) Para garantir a segurança no trânsito, deve-se reduzir a velocidade de um veículo em dias de chuva. Um veículo em uma pista reta, asfaltada e seca, movendo-se com velocidade de módulo 36 km/h (10 m/s) é freado e se desloca 5,0 m até parar. Nas mesmas circunstâncias, só que com a pista molhada sob chuva, necessita de 1,0 m a mais para parar. Considerando a mesma situação (pista seca e molhada) e agora a velocidade do veículo de módulo 108 km/h (30 m/s), qual a distância a mais para parar, em metros, com a pista molhada em relação à pista seca? (A) 6. (B) 2. (C) 1,5. (D) 9. 08 (UFPA) Considere o texto e a figura mostrados a seguir: Na semana passada, foram exatos 3 centésimos de segundo que permitiram ao jamaicano Asafa Powell, de 24 anos, bater o novo recorde mundial na corrida de 100 m rasos e se confirmar no posto de corredor mais veloz do planeta. Powell percorreu a pista do estádio de Rieti, na Itália, em 9,74 s, atingindo a velocidade média de 37 km/h. Anteriormente, Powell dividia o recorde mundial, de 9,77 s, com o americano Justin Gatlin, afastado das pistas por suspeita de doping. Veja, 19 set. 2007. 228 1ª Série FÍSICA I Módulo 7 É o limite da energia dos músculos. O atleta começa a desacelerar. 30 m 50 m 60 m 100 m largada 39 km/h 43 km/h 40 km/h A mais rápida das corridas Na prova de 100 metros, um atleta de elite leva menos de 2 décimos de segundo para reagir ao tiro de partida. + Com base no texto e na figura: (A) o movimento do atleta é acelerado durante toda a corrida. (B) a aceleração do atleta é positiva no trecho entre 60 m e 100 m. (C) o movimento nos 30 m iniciais é uniforme. (D) no trecho entre 50 m e 60 m, o movimento do atleta é variado. (E) a máxima velocidade atingida pelo atleta é da ordem de 11,9 m/s. 09 (UFG) A pista principal do Aeroporto de Congonhas, em São Paulo, media 1.940 m de comprimento no dia do acidente aéreo com o Airbus 320 da TAM, cuja velocidade, tanto para pouso quanto para decolagem, é 259,2 km/h. Após percorrer 1.240 m da pista, o piloto verificou que a velocidade da aeronave era de 187,2 km/h. Mantida essa desaceleração, a que distância do fim da pista o piloto deveria arremeter a aeronave, com aceleração máxima de 4 m/s2, para evitar o acidente? (A) 312 m. (B) 390 m. (C) 388 m. (D) 648 m. (E) 700 m. 10 (PUC-Rio) Os vencedores da prova de 100 m rasos são consi- derados os homens ou as mulheres mais rápidos do mundo. Em geral, após o disparo e acelerando de maneira constante, um bom corredor atinge a velocidade máxima de 12,0 m/s a 36,0 m do ponto de partida. Essa velocidade é mantida por 3,0 s. A partir desse ponto, o corredor desacelera, também de maneira constante, com a = −0,5 m/s2, completando a prova em, aproximadamente, 10 s. É correto afirmar que a aceleração nos primeiros 36,0 m, a distância percorrida nos 3,0 s seguintes e a velocidade final do corredor ao cruzar a linha de chegada são, respectivamente: (A) 2,0 m/s2; 36,0 m; 10,8 m/s. (B) 2,0 m/s2; 38,0 m; 21,6 m/s. (C) 2,0 m/s2; 72,0 m; 32,4 m/s. (D) 4,0 m/s2; 36,0 m; 10,8 m/s. (E) 4,0 m/s2; 38,0 m; 21,6 m/s. 01 (UERJ) Dois carros, A e B, em movimento retilíneo acelerado, cruzam um mesmo ponto em t = 0 s. Nesse instante, a velocidade v0 de A é igual à metade da de B, e sua aceleração a corresponde ao dobro da de B. Determine o instante em que os dois carros se reencontrarão, em função de v0 e de a. 02 (PUC-PR) Um automóvel parte do repouso em uma via plana, onde desenvolve movimento retilíneo uniformemente variado. Ao se deslocar 4,0 m a partir do ponto de repouso, ele passa por uma placa sinalizadora de trânsito e, 4,0 s depois, passa por outra placa sinalizadora 12 m adiante. Qual a aceleração desenvolvida pelo automóvel? (A) 0,50 m/s². (B) 1,0 m/s². (C) 1,5 m/s². (D) 2,0 m/s². (E) 3,0 m/s². O movimento com aceleração FÍSICA I Módulo 7 229 1ª Série Gráficos no movimento retilíneo uniformemente variado Você sabia que o eterno Ayrton Senna venceu pela primeira vez o Grande Prêmio do Brasil de Fórmula 1 usando apenas a sexta marcha? O circuito de Interlagos, em São Paulo, é um dos mais desa- fiadores da Fórmula 1, devido aos trechos de subida e descida e às curvas rápidas e lentas. Trocar a marcha corretamente é um domínio que todo piloto de ponta deve possuir para extrair o melhor rendi- mento de um carro. Com apenas a sexta marcha, Ayrton Senna era cerca de 5 segundos mais lento que o segundo colocado, pois não era possível que o motor se comunicasse com as rodas, transferindo a força e o giro ideal de acordo com cada situação. O estudo do gráfico da velocidade e da rotação do motor permite saber o momento exato da troca de marcha, dependendo do objetivo do piloto, que pode ser maior potência e aceleração; torque para vencer subidas íngremes ou até mesmo para economizar combustível. Neste módulo, estudaremos os gráficos do movimento unifor- memente variado e como extrair informações relevantes deles. C6 expectativas de aprendizagem: – Analisar um gráfico de espaço e tempo; – analisar um gráfico de velocidade e tempo; – analisar um gráfico de aceleração e tempo. © de ep bl ue 4 yo u/ iS to ck 1. Gráfico s µ t Um corpo que executa movimento uniformemente variado possui aceleração constante e diferente de 0. As grandezasda cinemática que descrevem o movimento são posição, velocidade e aceleração. Relacionar essas grandezas em função do tempo em um gráfico permite extrair e determinar diversas informações relevantes de um corpo em movimento. Considere um carro, inicialmente parado, quando lhe é aplicada uma aceleração de 2 m/s2 em um trecho retilíneo de uma estrada. A posição inicial desse veículo é 0. Sabe-se que, por se tratar de um MRUV, a posição em função do tempo é dada por s s v t at � � �0 0 2 2 . No caso específico desse veículo, a posição será s = 0 + 0 ∙ t + 2 2 2⋅ t → s = t2. Atribuindo valores inteiros de 0 a 5 s, as posições serão: t (s) s (m) 0 0 1 1 2 4 3 9 4 16 5 25 Colocando esses dados em um gráfico, tem-se o seguinte aspecto: 16 4 1 9 25 0 1 2 3 4 5 t (s) s (m) Observe-se que só foram escolhidos números naturais. Se for calculada essa posição para os números racionais nesse intervalo e feita a marcação devida, os pontos formarão uma parábola. 16 4 1 9 25 0 1 2 3 4 5 t (s) s (m) FÍSICA I Módulo 8 230 1ª Série Pode-se perceber que a função horária dos espaços s s v t at� � �0 0 2 2 é uma função do segundo grau, de modo que o formato desse gráfico é uma parábola. Generalizando-se, o gráfico s × t de um corpo em MRUV é sempre uma parábola. Também é importante notar alguns detalhes. O termo independente, por exemplo, representa a posição inicial do corpo (posição quando t = 0) e o coeficiente de t2 é a metade da aceleração. É possível determinar, também, o sinal da aceleração de um corpo somente observando a forma do gráfico s × t: quando a parábola apresenta a sua concavidade voltada para cima, o móvel possui aceleração positiva e, quando a parábola apresenta a concavidade para baixo, negativa. 0 s t s0 a > 0 0 s t s0 a < 0 No entanto, é bom lembrar que apenas o sinal da aceleração não determina se o corpo está acelerando ou desacelerando. Para isso, é necessário comparar os sinais da aceleração e da velocidade, como visto anteriormente. Além disso, o vértice da parábola representa o ponto em que a velocidade é nula. A ilustração abaixo mostra as regiões em que a velocidade é positiva e negativa e o ponto em que a velocidade é nula. 0 t t Mv < 0 v > 0 v = 0 s s decrescente s crescente 0 t t M v < 0 v > 0 v = 0 s crescente s decrescente s O gráfico das funções quadráticas No estudo do movimento uniformemente variado, a posição de um móvel não varia de maneira linear. Por esse motivo, antes de estudarmos os gráficos do MRUV, vamos lembrar os conceitos de funções quadráticas e seus gráficos. Denominamos função quadrática (função do segundo grau) toda função de domínio e imagem real escrita da forma f x ax bx c� � � � �2 . Toda função quadrática possui, no máximo, duas raízes reais e, para sua determinação, basta resolver a equação do segundo grau ax bx c2 0� � � . O discriminante da equação (∆ = b2 – 4ac) é que define a quantidade de raízes da função. Δ > 0 → duas raízes reais e distintas Δ = 0 → uma raiz única Δ < 0 → nenhuma raiz real O gráfico de uma função quadrática é uma parábola com eixo de simetria paralelo ao eixo y. Se o coeficiente de x2 for positivo (a > 0), a parábola tem a concavidade voltada para cima. Se a < 0, a parábola tem a concavidade voltada para baixo. Assim, temos os seguintes casos possíveis para o gráfico de uma função quadrática: a > 0 a < 0 s s sss s x x2x1 x1 = x2 x1 = x2 x1 x2 x x x x x ∆ > 0 ∆ = 0 ∆ < 0 É importante ressaltar que a função sempre intercepta o eixo das ordenadas (eixo y) no seu termo independente (c). Os pontos de máximo (no caso de a > 0) ou mínimo (no caso de a < 0) são chamados de vértices da parábola e podem ser calculados da seguinte forma: x b av � � 2 y av = −∆ 4 2. Gráfico v µ t Quando um corpo está em movimento uniformemente acelerado, a sua velocidade muda de maneira igual para intervalos de tempo iguais. A figura abaixo mostra uma situação hipotética em que um carro acelera uniformemente. v = 10 m/s v = 14 m/s v = 18 m/s v = 22 m/s t = 0 s t = 1 s t = 2 s t = 3 s Observando a figura, é possível perceber que, a cada segundo do movimento, a velocidade do móvel aumenta 4 m/s, e conclui-se que a sua aceleração nessa situação hipotética vale 4 m/s2. Gráficos no movimento retilíneo uniformemente variado FÍSICA I Módulo 8 231 1ª Série Um gráfico da velocidade do carro em função do tempo é montado com os pares ordenados da ilustração apresentada. 10 14 18 22 1 2 3 v (m/s) t (s) Portanto, a taxa de crescimento da velocidade é sempre a mesma e, para qualquer instante, a velocidade está sob uma reta que passa por esses pontos. 10 14 18 22 1 2 3 v (m/s) t (s) De fato, a função horária da velocidade v = v0 + at é uma função linear. Pode-se generalizar e afirmar que o gráfico v × t de um corpo em MRUV é sempre uma reta crescente (a > 0) ou decrescente (a < 0). 0 t v v0 a > 0 0 t v v0 a < 0 Outro aspecto do gráfico v × t no MRUV é que a função corta o eixo das abscissas quando v = 0, ou seja, quando o móvel inverte o sentido de movimento. Porém, nem todo movimento acelerado tem inversão de movimento. Você sabe qual o carro mais rápido do mundo? Não, não é uma Ferrari, mas sim um Hennessey Venom GT. O carro foi capaz de acelerar de 0 a 300 km/h em 13,6 segundos. Os testes foram realizados na pista do aeroporto de Houston, Texas (EUA). A primeira me- dição foi feita a favor do vento e o tempo obtido foi de 13,18 s. Na segunda medição, contra o vento, o tempo obtido foi de 14,08 segundos. Na média, o carro foi capaz de acelerar, partindo do repouso, até 300 km/h em 13,63 segundos. Mas não pense que um carro desse tipo é barato. O Venom GT é um superesportivo que custa US$1,2 milhão. Ele possui um motor 7.0 V8 biturbo que desenvolve a potência de 1.244 cavalos (maior que o motor de um Fórmula 1 de 750 cavalos). jo in ga te /i St oc k 3. Gráfico a µ t O que define o movimento uniformemente variado é o fato de o móvel ter velocidade constante e diferente de 0. Como a aceleração não sofre alterações, pode-se garantir que o gráfico a × t no MRUV é sempre uma reta paralela ao eixo do tempo, como ilustram as figuras a seguir. 0 t a a < 0 0 t a a > 0 Observe-se que, se esse gráfico mostrasse qualquer curva ou até mesmo uma reta que não fosse constante, isso evidenciaria a mudança de aceleração, que não é o caso do corpo que está em MRUV. Outra característica curiosa (e muito útil na resolução de problemas) nos gráficos da cinemática escalar é que: • se for calculada a área do gráfico v × t, será obtido o valor numérico do deslocamento (Δs); • se for calculada a área do gráfico a × t, será obtido o valor numérico da variação de velocidade (Δv); • se for calculada a tangente de inclinação em um ponto do gráfico s × t, será obtido o valor numérico da velocidade instantânea (v); • se for calculada a tangente de incli- nação em um ponto do gráfico v × t, será obtido o valor numérico da aceleração instantânea (a). Utilize o leitor óptico do seu celular para assistir à videoaula. https://vimeo.com/115963937 232 1ª Série FÍSICA I Módulo 8 01 O gráfico em função do tempo mostra dois carros, A e B, em movimento retilíneo. Em t = 0 s, os carros estão na mesma posição. 10,0 20,0 30,0 2,0 4,0 6,00 t (s) v (m/s) B A Com base na análise do gráfico, é correto afirmar: (A) Os carros vão estar na mesma posição nos instantes t = 0 s e t = 4,0 s. (B) Os carros não vão se encontrar após t = 0, porque a velocidade de A é maior que a do carro B. (C) Os carros vão se encontrar, novamente, na posição s = 10 m. (D) Os carros não vão se encontrar, pois estão em sentidos contrários. (E) Os instantes em que os carros vão estar na mesma posição são t = 0 s e t = 8,0 s. Solução: Letra A. De acordo com o enunciado, no instante t = 0, os dois móveis estão na mesma posição, portanto esse é um instante de encontro. Adotando essaposição como origem (s0 = 0), serão montadas as funções horárias dos espaços para os dois movimentos: Móvel A: descreve movimento uniforme (MU) com velocidade de 10 m/s. Então, sA = s0 + vt ⇒ sA = 10t. Móvel B: descreve movimento uniformemente variado (MUV) a partir do repouso (v0 = 0). A aceleração escalar é: a = v t ∆ ∆ = 10 5 2 = m/s2. Então, sB = s0 + v0 t + 2 2 a t ⇒ sB = 25 . 2 t Igualando as funções horárias: sB = sA ⇒ 2 25 10 4 0 2 t t t t= ⇒ − = ⇒ t(t – 4) = 0 t = 0 ou t = 4 s. 02 Uma partícula, que se move em linha reta, está sujeita à aceleração a(t), cuja variação com o tempo é mostrada no gráfico. Sabendo- -se que, no instante t = 0, a partícula está em repouso, na posição x = 100 m, calcule a sua posição no instante t = 8,0 s, em metros. a (m/s2) 4,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 2,0 –2,0 –4,0 0 t (s) Solução: O movimento da partícula pode ser dividido em dois trechos. No primeiro, com aceleração negativa, temos: ( ) 22 0 0 4 . 4 100 68 m. 2 2 ats s v t s − = + + → = + = A velocidade no final do primeiro trecho é dada por v = v0 + at → v = (–4) · 4 = –16 m/s. Para determinar a posição da partícula no instante t = 8s, usaremos a equação horária de posição para o segundo trecho. 22 0 0 2 4 68 16 4 20 m. 2 2 ats s v t s ⋅ = + + → = − ⋅ + = 01 (CEFET-MG) O gráfico da velocidade em função do tempo representa o movimento de uma partícula: v (km/h) t (h)0 1 2 Esse movimento pode ser classificado como ____________ no intervalo de tempo compreendido entre __________. Assinale a opção que completa, corretamente, as lacunas anteriores: (A) acelerado – zero – 1 h (B) acelerado – zero – 2 h (C) desacelerado – zero – 1 h (D) desacelerado – 1 h – 2 h Gráficos no movimento retilíneo uniformemente variado FÍSICA I Módulo 8 233 1ª Série 02 (FGV) Um carro deslocou-se por uma trajetória retilínea e o gráfico qualitativo de sua velocidade (v), em função do tempo (t), está representado na figura: v t 0 I II III Analisando o gráfico, conclui-se corretamente que: (A) o carro se deslocou em movimento uniforme nos trechos I e III, permanecendo em repouso no trecho II. (B) o carro se deslocou em movimento uniformemente variado nos trechos I e III e em movimento uniforme no trecho II. (C) o deslocamento do carro ocorreu com aceleração variável nos trechos I e III, permanecendo constante no trecho II. (D) a aceleração do carro aumentou no trecho I, permaneceu constante no trecho II e diminuiu no trecho III. (E) o movimento do carro foi progressivo e acelerado no trecho I, progressivo e uniforme no trecho II, mas foi retrógrado e retardado no trecho III. 03 (IFSC) O gráfico a seguir apresenta o movimento de um carro: d (m) t (s) I II III Em relação ao tipo de movimento nos trechos I, II e III, assinale a alternativa correta: (A) I – acelerado; II – repouso; III – MRUV. (B) I – retardado; II – repouso; III – retrógrado. (C) I – acelerado; II – MRU; III – retrógrado. (D) I – acelerado; II – repouso; III – progressivo. (E) I – acelerado; II – repouso; III – retrógrado. 04 (CEFET-MG) A figura a seguir mostra uma esfera que, após ser solta em A, desliza sem atrito ao longo das superfícies planas e retilíneas AB, BC e CD. O gráfico v × t que melhor descreve como sua velocidade varia com o tempo é: A B C D (A) v t (B) v t (C) v t (D) v t 05 (UFRGS) Observe o gráfico a seguir, que mostra a velocidade instantânea v em função do tempo t de um móvel que se desloca em uma trajetória retilínea. Nesse gráfico, I, II e III identificam, respectivamente, os intervalos de tempo de 0 s a 4 s, de 4 s a 6 s e de 6 s a 14 s. 0 2 4 6 8 10 1412 20 40 60 II IIII v (m/s) t (s) Nos intervalos de tempo indicados, as acelerações do móvel valem, em m/s2, respectivamente: (A) 20, 40 e 20. (B) 10, 20 e 5. (C) 10, 0 e –5. (D) –10, 0 e 5. (E) –10, 0 e –5. 01 (UFSM) Um carro se desloca com velocidade constante em um referencial fixo no solo. O motorista percebe que o sinal está vermelho e faz o carro parar. O tempo de reação do motorista é de frações de segundo. Esse tempo é decorrido entre o instante em que o motorista vê o sinal vermelho e o instante em que ele aplica os freios e está associado ao tempo que o cérebro leva para processar as informações e ao tempo que levam os impulsos 234 1ª Série FÍSICA I Módulo 8 nervosos para percorrer as células nervosas que conectam o cérebro aos membros do corpo. Considere que o carro adquire uma aceleração negativa constante até parar. O gráfico que pode representar o módulo da velocidade do carro (v) em função do tempo (t), desde o instante em que o motorista percebe que o sinal está vermelho até o instante em que o carro atinge o repouso, é: (A) v t (B) v t (C) v t (D) v t (E) v t 02 (UFPR – adaptada) Os gráficos são utilizados para relacionar o comportamento de duas grandezas. Na cinemática, os gráficos mais comuns relacionam as grandezas posição, velocidade e aceleração com a grandeza tempo. O gráfico a seguir mostra o comportamento da posição de uma pessoa em relação a sua casa durante um certo intervalo de tempo. Qual história corresponde à interpretação do gráfico? tempo distância de casa (A) Assim que saí de casa, lembrei que deveria ter enviado um documento para um cliente por e-mail. Resolvi voltar e cumprir essa tarefa. Aproveitei para responder a mais algumas mensagens e, quando me dei conta, já havia passado mais de 1 hora. Saí apressada e tomei um táxi para o escritório. (B) Saí de casa e, quando vi o ônibus parado no ponto, corri para pegá-lo. Infelizmente, o motorista não me viu e partiu. Após esperar algum tempo no ponto, resolvi voltar para casa e chamar um táxi. Passado algum tempo, o táxi me pegou na porta de casa e me deixou no escritório. (C) Eu tinha acabado de sair de casa quando tocou o celular e parei para atendê-lo. Era meu chefe, dizendo que eu estava atrasado para uma reunião. Minha sorte foi que, nesse momento, estava passando um táxi. Acenei para ele e, poucos minutos depois, eu já estava no escritório. (D) Tinha acabado de sair de casa quando o pneu furou. Desci do carro, troquei o pneu e finalmente pude ir para o trabalho. (E) Saí de casa sem destino – estava apenas com vontade de andar. Após ter dado umas dez voltas na quadra, cansei e resolvi entrar novamente em casa. 03 (ENEM) Para melhorar a mobilidade urbana na rede metroviária, é necessário minimizar o tempo entre as estações. Para isso, a administração do metrô de uma grande cidade adotou o seguinte procedimento entre duas estações: a locomotiva parte do repouso em aceleração constante por um terço do tempo de percurso, mantém a velocidade constante por outro terço e reduz sua velocidade com desaceleração constante no trecho final, até parar. Qual o gráfico de posição (eixo vertical) em função do tempo (eixo horizontal) que representa o movimento desse trem? (A) tempo po si çã o (B) tempo po si çã o (C) tempo po si çã o (D) tempo po si çã o (E) tempo po si çã o Gráficos no movimento retilíneo uniformemente variado FÍSICA I Módulo 8 235 1ª Série 04 (ENEM) Rua da Passagem Os automóveis atrapalham o trânsito. Gentileza é fundamental. Não adianta esquentar a cabeça. Menos peso do pé no pedal. O trecho da música, de Lenine e Arnaldo Antunes (1999), ilustra a preocupação com o trânsito nas cidades, motivo de uma campanha publicitária de uma seguradora brasileira. Considere dois auto- móveis, A e B, respectivamente conduzidos por um motorista imprudente e por um motorista consciente e adepto da campanha citada. Ambos se encontram lado a lado no instante inicial t = 0 s, quando avistam um semáforo amarelo (que indica atenção, parada obrigatória ao se tornar vermelho). O movimento de A e B pode ser analisado por meio do gráfico, que representa a velocidade de cada automóvel em função do tempo. v (m/s) t (s)10 20 30 40 10 20 30 A B B A Asvelocidades dos veículos variam com o tempo em dois intervalos: (I) entre os instantes 10 s e 20 s; (II) entre os instantes 30 s e 40 s. De acordo com o gráfico, quais são os módulos das taxas de variação da velocidade do veículo conduzido pelo motorista imprudente, em m/s2, nos intervalos (I) e (II), respectivamente? (A) 1,0 e 3,0. (B) 2,0 e 1,0. (C) 2,0 e 1,5. (D) 2,0 e 3,0. (E) 10,0 e 30,0. 05 (PUC-Minas) Na hora do acidente, brasileiro reduzia Eram os instantes finais do segundo bloco do treino classifica- tório para o GP da Hungria. Felipe Massa tinha o terceiro melhor tempo, mas decidiu abrir uma volta rápida, tentando melhorar, buscando o acerto ideal para o Q3, a parte decisiva da sessão, a luta pela pole position. Percorria a pequena reta entre as curvas 3 e 4 da pista de Hungaroring e começava a reduzir de quase 360 km/h para 270 km/h quando apagou. Com os pés cravados tanto no freio como no acelerador, não virou o volante para a esquerda, passou por uma faixa de grama, retornou para a pista e percorreu a área de escape até bater de frente na barreira de pneus. Atônito, o autódromo assistiu às cenas sem entender a falta de reação do piloto. O mistério só foi desfeito pelas imagens da câmera on board: uma peça atingiu o flanco esquerdo do capacete, fazendo com que o piloto perdesse os reflexos. A mola que o atingiu mede cerca de 10 cm × 5 cm e pesa aproximadamente 1 kg, segundo o piloto da Brawn, que, antes de saber que ela havia causado o acidente, disse que o carro ficou “inguiável” no momento em que a suspensão quebrou. Quando a mola atingiu o capacete, considerando a velocidade do carro e da própria mola, Felipe Massa sentiu como se tivesse caído em sua cabeça um objeto de aproximadamente 150 kg. Folha de S. Paulo, 26 jul. 2009 (adaptado). Para a questão, considere as aproximações. A variação da velocidade no carro de Felipe Massa e da mola sempre se deu em um movimento retilíneo uniformemente variado. Considere a mola com uma massa de 1 kg e que, no momento da colisão, o carro de Felipe Massa tinha uma velocidade de 270 km/h e a mola com 198 km/h, em sentido contrário. Considere, ainda, que a colisão teve uma duração de 1 · 10–1 s e que levou a mola ao repouso, em relação ao carro de Felipe Massa. Como informado no texto e considerando as aproximações feitas, qual o gráfico que melhor representa a velocidade do veículo de Felipe Massa em função do tempo? (A) v t (B) v t (C) v t (D) v t 236 1ª Série FÍSICA I Módulo 8 06 (UERJ) Um professor e seus alunos fizeram uma viagem de metrô para estudar alguns conceitos de cinemática escalar. Durante o percurso, verificaram que, sempre que partia de uma estação, a compo- sição deslocava-se com aceleração praticamente constante durante 15 segundos e, a partir de então, durante um intervalo de tempo igual a T segundos, com velocidade constante. Qual o gráfico que representa a variação temporal do deslocamento s da composição, observada a partir de cada estação? (A) 15 + t15 s (s) (B) (s)15 15 + t s (C) (s)15 15 + t s (D) 15 + t15 s (s) 07 (UNESP) Dois automóveis estão parados em um semáforo para pedestres localizado em uma rua plana e retilínea. Considere o eixo x paralelo à rua e orientado para a direita, que os pontos A e B da figura representam esses automóveis e que as coordenadas xA(0) = 0 e xB(0) = 3, em metros, indicam as posições iniciais dos automóveis. A B 30 x (m) Os carros partem simultaneamente em sentidos opostos e suas velocidades escalares variam em função do tempo, conforme representado no gráfico: v (m/s) 10 –10 0 5 8 carro B carro A t (s) Considerando que os automóveis se mantenham em trajetórias retilíneas e paralelas, calcule o módulo do deslocamento sofrido pelo carro A entre os instantes 0 e 15 s e o instante t, em segundos, em que a diferença entre as coordenadas xA e xB, dos pontos A e B, será igual a 332 m: (A) 50 m e 20 s. (B) 75 m e 20 s. (C) 75 m e 40 s. (D) 125 m e 20 s. (E) 125 m e 40 s. 08 O gráfico abaixo mostra como varia a velocidade de um móvel em função do tempo durante parte de seu movimento. O movimento representado pelo gráfico pode ser o de uma: tempo ve lo ci da de (A) esfera rolando por um plano inclinado e que continua rolando por um plano horizontal. (B) criança deslizando em um escorregador de um parque infantil. (C) fruta que cai de uma árvore. (D) composição do metrô, que se aproxima de uma estação e para. (E) bala no interior de um cano de arma, logo após o disparo. 09 (UFMG) Em uma corrida, Rubens Barrichello segue atrás de Felipe Massa, em um trecho reto e plano da pista. Inicialmente, os dois carros movem-se com velocidade constante, de mesmos módulos, direção e sentido. No instante t1, Felipe aumenta a velocidade de seu carro com aceleração constante; e, no instante t2, Barrichello também aumenta a velocidade do seu carro com a mesma aceleração. Considerando essas informações, qual o gráfico que melhor descreve o módulo da velocidade relativa entre os dois veículos, em função do tempo? (A) t1 t2 tempo velocidade relativa (B) t1 t2 tempo velocidade relativa Gráficos no movimento retilíneo uniformemente variado FÍSICA I Módulo 8 237 1ª Série (C) t1 t2 tempo velocidade relativa (D) t1 t2 tempo velocidade relativa 10 (UFF) Um motorista avista um detector de velocidade e, nesse mesmo instante, pisa no freio. O gráfico a seguir mostra como varia a velocidade de seu automóvel em função do tempo, desde o instante em que o motorista pisa no freio até passar pelo detector. Qual o gráfico que representa a aceleração do automóvel em função do tempo, ao longo desse percurso? 2,0 14 26 v (m/s) t (s) (A) t (s) a (m/s2) 2,0 –6,0 0 (B) 0 2,0 –6,0 a (m/s2) t (s) (C) 0 t (s) 2,0 a (m/s2) –13 (D) 2,0 t (s) a (m/s2) 26 14 (E) 2,0 a (m/s2) t (s) –13 0 –7 01 Na figura, estão representados os diagramas de velocidade de dois móveis em função do tempo. Esses móveis partem de um mesmo ponto, a partir do repouso, e percorrem a mesma trajetória retilínea. Em que instante(s) eles se encontram? 3 4 t (s) v (m/s) 0 (1) (2) 02 (AFA) Duas partículas, a e b, que se movimentam ao longo de um mesmo trecho retilíneo, têm as suas posições (s) dadas em função do tempo (t), conforme o gráfico abaixo: t (s)3 4 0 a b s (m) O arco de parábola que representa o movimento da partícula b e o segmento de reta que representa o movimento de a tangenciam-se em t = 3 s. Sendo a velocidade inicial da partícula b de 8 m/s, o espaço percorrido pela partícula a do instante t = 0 até o instante t = 4 s, em metros, vale: (A) 3,0. (B) 4,0. (C) 6,0. (D) 8,0. 238 1ª Série FÍSICA I Módulo 8 Gráficos no movimento retilíneo uniformemente variado FÍSICA I Módulo 8 239 1ª Série Movimento retilíneo uniformemente variado: exercícios FÍSICA I Módulo 9 240 1ª Série 01 (PUC-RS) Uma partícula parte do repouso com aceleração constante, percorrendo os pontos A, B, C e D em intervalos de tempo iguais. Se, a partir do ponto D, a aceleração da partícula for duplicada, então a distância DE valerá, em metros: 1 m 3 m 5 m D EC BA t = 0 t = 1 s t = 2 s t = 3 s t = 4 s (A) 4. (B) 5. (C) 6. (D) 7. (E) 8. 02 (UFSC) Os gráficos de posição versus tempo, x × t, mostrados a seguir, representam os movimentos retilíneos de quatro corpos: A t’ t0 x t’ t0 x C t’ t0 x B x tt’0 D Em relação ao intervalo de tempo entre os instantes 0 e t’, dê a soma das afirmações corretas: 01) A velocidade média entre os instantes 0 e t’, das curvas repre- sentadas nos gráficos, é numericamente igual ao coeficiente angular da reta que passa pelos pontos que indicam as posições nesses dois instantes. 02) O movimento do corpo representado no gráfico D, no intervalo entre 0 e t’, é retilíneo uniformemente retardado. 04) No instante t0 = 0, o corpo cujo movimento é representado no gráfico C está na origem doreferencial t0 = 0. 08) No movimento representado no gráfico B, no intervalo de tempo entre 0 e t’, o corpo vai se aproximando da origem do referencial. 16) No movimento representado no gráfico A, a velocidade inicial do corpo é nula. 32) O movimento do corpo representado no gráfico B, no intervalo de tempo entre 0 e t’, é retilíneo uniformemente acelerado. Soma: ( ) 03 (UEPG) Sobre o movimento de um corpo que se desloca de acordo com a equação s s v t at� � �0 0 21 2 , dê a soma das afirmações corretas: 01) A velocidade inicial varia em função do tempo. 02) O deslocamento do corpo é nulo quando o tempo for igual a 0. 04) Sobre o corpo existe a atuação de uma força constante. 08) Se o espaço inicial for negativo e a aceleração for positiva, haverá um instante em que o corpo passará sobre o referencial e a sua velocidade será maior que 0. 16) O corpo se desloca em uma trajetória retilínea com velocidade constante. Soma: ( ) 04 (UEFS) O gráfico representa a distância percorrida por um móvel que partiu do repouso, deslocando-se sobre um plano horizontal, em movimento retilíneo uniformemente variado. 600 400 200 200 40 60 t (s) d (m) A partir da análise da informação, o gráfico que representa a velo- cidade do móvel em função do tempo é o indicado na alternativa: (A) 20 10 0 20 40 60 t (s) v (m/s) (B) 20 10 –10 0 20 40 60 t (s) v (m/s) Movimento retilíneo uniformemente variado: exercícios FÍSICA I Módulo 9 241 1ª Série (C) 20 v (m/s) t (s) 10 0 20 40 60 (D) –10 –20 0 20 v (m/s) t (s) 40 60 (E) 20 10 0 v (m/s) t (s)20 40 60 05 Um corpo móvel em movimento retilíneo, que parte da posição x = 5 m no instante t = 0 s, tem sua velocidade v dada pelo diagrama que segue: 8 0 3 20 v (m/s) t (s) As afirmações que seguem estão baseadas no diagrama: I. A função horária x = f(t) desse movimento é dada por x = 5 + 20t – 2t2. II. O móvel muda o sentido de seu movimento no instante t = 5 s. III. A velocidade do móvel no instante t = 8 s é igual a –12 m/s. A(s) consideração(ões) correta(s) é(são): (A) apenas I. (B) apenas I e II. (C) apenas I e III. (D) apenas II e III. (E) I, II e III. 06 (FFC) Dois móveis percorrem uma mesma trajetória, em sentidos opostos, com movimentos uniformemente acelerados. Em um determinado instante, a distância entre eles é de 630 m, os módulos de suas velocidades são 2,0 m/s e 1,0 m/s e os módulos de suas acelerações são 2,0 m/s2 e 4,0 m/s2, respectivamente. A partir desse instante, a distância entre eles será de 300 m após um intervalo de tempo, em segundos, igual a: (A) 2,0. (B) 4,0. (C) 6,0. (D) 8,0. (E) 10,0. 07 (UFTM) Indique a alternativa que representa corretamente a tabela com os dados da posição, em metros, em função do tempo, em segundos, de um móvel, em movimento progressivo e unifor- memente retardado, com velocidade inicial de valor absoluto 4 m/s e aceleração constante de valor absoluto 2 m/s2: (A) t (s) 0 1 2 3 s (m) 7 8 7 4 (B) t (s) 0 1 2 3 s (m) 4 7 8 7 (C) t (s) 0 1 2 3 s (m) 4 2 4 10 (D) t (s) 0 1 2 3 s (m) 0 3 4 3 (E) t (s) 0 1 2 3 s (m) 0 4 7 8 08 (UFRRJ) Dois móveis A e B têm equações horárias respecti- vamente iguais a sA = 80 – 5t e sB = 10 + 2t 2, em que sA e sB estão em metros e t está em segundos. Pode-se afirmar que: (A) os móveis A e B têm posições iniciais respectivamente iguais a 10 m e 80 m. (B) o movimento de A é progressivo e o movimento de B é retrógrado. (C) os movimentos de A e B têm velocidades constantes. (D) ambos têm movimentos progressivos. (E) o móvel A tem velocidade constante e o móvel B tem aceleração constante. 09 (UFES) Brasília, Distrito Federal, foi uma cidade planejada que nasceu de um projeto vencedor de um concurso urbanístico. São mostradas, na figura 1, uma imagem de Brasília feita por meio do satélite Landsat e uma ampliação, em mapa, do eixo monumental dessa cidade. Um assessor pega um táxi na rodoviária de Brasília, vai até o Congresso Nacional e retorna no mesmo táxi à rodoviária. A figura II representa o diagrama v × t do movimento. 242 1ª Série FÍSICA I Módulo 9 Figura 1 Imagem do satélite Landsat da cidade de Brasília, DF eixo monumental 1.4 0 0 m B A Ampliação da área de estudo mostrando o eixo monumental Figura 2 V (m/s) 15 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 –15 t (s) A respeito desse movimento, são feitas as seguintes afirmações: I. O taxista acelera entre os instantes t = 0 e t1 e freia entre os instantes t2 e t3. II. O taxista acelera entre os instantes t = 0 e t1 e freia entre os instantes t4 e t5. III. O taxista acelera entre os instantes t4 e t5 e freia entre os instantes t6 e t7. IV. O taxista acelera entre os instantes t2 e t3 e freia entre os instantes t4 e t5. V. O movimento é uniforme entre os instantes t1 e t2 e também entre t5 e t6. VI. O táxi permanece em repouso entre os instantes t3 e t4. Considerando-se os itens apresentados, pode-se afirmar que somente estão corretos: (A) I, II, III e V. (B) I, II, IV e VI. (C) I, III, V e VI. (D) II, IV, V e VI. (E) III, IV, V e VI. 01 (PUC-Rio) Um carro viajando em uma estrada retilínea e plana com uma velocidade constante v1 = 72 km/h passa por outro que está em repouso no instante t = 0 s. O segundo carro acelera para alcançar o primeiro com aceleração a2 = 2,0 m/s 2. O tempo que o segundo carro leva para atingir a mesma velocidade do primeiro é: (A) 1,0 s. (B) 2,0 s. (C) 5,0 s. (D) 10,0 s. (E) 20,0 s. 02 (UFSCar) Em um piso horizontal, um menino dá um empurrão em seu caminhãozinho de plástico. Assim que o contato entre o caminhãozinho e a mão do menino é desfeito, observa-se que, em um tempo de 6 s, o brinquedo foi capaz de percorrer uma distância de 9 m até cessar o movimento. Se a resistência oferecida ao movimento do caminhãozinho se manteve constante, a velocidade inicial obtida após o empurrão, em m/s, foi de: (A) 1,5. (B) 3,0. (C) 4,5. (D) 6,0. (E) 9,0. 03 (UFPE) O gráfico da velocidade em função do tempo de um ciclista, que se move ao longo de uma pista retilínea, é mostrado a seguir. Considerando que ele mantém a mesma aceleração entre os instantes t = 0 e t = 7, determine a distância percorrida neste intervalo de tempo: v (m/s) t (s) 12 8 4 0 0 1 2 3 4 (A) 55 m. (B) 66 m. (C) 77 m. (D) 88 m. (E) 99 m. 04 (UFSC) Um carro está a 20 m de um sinal de tráfego quando este passa de verde a amarelo. Supondo que o motorista acione o freio imediatamente, aplicando ao carro uma desaceleração de 10 m/s², calcule, em km/h, a velocidade máxima que o carro pode ter, antes de frear, para que ele pare antes de cruzar o sinal: (A) 18. (B) 20. (C) 36. (D) 72. (E) 96. 05 (MACKENZIE) Dois automóveis A e B se movimentam sobre uma mesma trajetória retilínea, com suas velocidades variando com o tempo, de acordo com o gráfico a seguir. Sabe-se que esses móveis se encontram no instante 10 s. A distância entre eles, no instante inicial (t = 0 s), era de: Movimento retilíneo uniformemente variado: exercícios FÍSICA I Módulo 9 243 1ª Série A 0 –10 –30 30 10 45 v (m/s) t (s) B (A) 575 m. (D) 275 m. (B) 425 m. (E) 200 m. (C) 375 m. 06 (UESPI) Em uma pista de testes retilínea, o computador de bordo de um automóvel registra o seguinte gráfico do produto velocidade (v) × aceleração (a) do automóvel em função do tempo (t). O analista de testes conclui que, nos instantes t < t1 e t > t1, o movimento do automóvel era: v × a tt1 (A) t < t1: retardado; t > t1: retrógrado. (B) t < t1: acelerado; t > t1: progressivo. (C) t < t1: retardado; t > t1: acelerado. (D) t < t1: acelerado; t > t1: retardado. (E) t < t1: retardado; t > t1: progressivo. 07 (PUC-RS) Medidas referentes ao movimento de uma pequena bola, rolando para baixo pela encosta de um terreno em declive, foram registradas na tabela a seguir: Instante da observação (unidade de medida: s) Velocidade correspondente (unidade de medida: m/s) 0 0 1 6 2 12 3 18 4 20 5 22 6 24 A figuraque melhor representa a forma aproximada do terreno referido é: (A) (B) (C) (D) (E) 08 (UNCISAL) Em uma avenida retilínea, um automóvel parte do repouso ao abrir o sinal de um semáforo e atinge a velocidade de 72 km/h em 10 s. Essa velocidade é mantida constante durante 20 s, mas, em seguida, o motorista deve frear, parando o carro em 5 s devido a um sinal vermelho no próximo semáforo. Considerando os trechos com velocidades variáveis uniformemente, o espaço total percorrido pelo carro entre os dois semáforos é, em m: (A) 450. (B) 500. (C) 550. (D) 650. (E) 700. 09 (UNESP) Um corpo parte do repouso em movimento unifor- memente acelerado. Sua posição em função do tempo é registrada em uma fita a cada segundo, a partir do primeiro ponto à esquerda, que corresponde ao instante do início do movimento. A fita que melhor representa esse movimento é: (A) (B) (C) (D) (E) 244 1ª Série FÍSICA I Módulo 9 10 (UNESP) Um rato, em sua ronda à procura de alimento, está parado em um ponto P quando vê uma coruja espreitando-o. Instintivamente, ele corre em direção à sua toca T, localizada a 42 m dali, em movimento retilíneo uniforme e com velocidade v = 7 m/s. Ao ver o rato, a coruja dá início à sua caçada, em um mergulho típico, como o mostrado na figura: trajetória da coruja P T Ela passa pelo ponto P 4 s após a partida do rato e a uma velocidade de 20 m/s. Qual deve ser a aceleração média da coruja, a partir do ponto P, para que ela consiga capturar o rato no momento em que ele atinge a entrada de sua toca? (A) +0,5 m/s2. (B) –0,5 m/s2. (C) +1,0 m/s2. (D) –1,0 m/s2. (E) +1,5 m/s2. 11 (UDESC) Um caminhão-pipa desloca-se em uma estrada reta com velocidade constante de 72,0 km/h. Devido a um vazamento, o caminhão perde água à razão de uma gota por segundo. O motorista, vendo um obstáculo, freia o caminhão uniformemente até parar. As manchas de água deixadas na estrada estão representadas na figura a seguir: 20 m 20 m 18 m 14 m 10 m 6 m 2 m v = 72,0 km/h v = 0 O valor do módulo da desaceleração durante a frenagem do caminhão (em m/s2) é: (A) 4,0. (B) 2,2. (C) 4,4. (D) 2,8. (E) 3,4. 12 (FUVEST) Um veículo parte do repouso em movimento retilíneo e acelera com aceleração escalar constante e igual a 2,0 m/s². Pode-se dizer que sua velocidade escalar e a distância percorrida após 3,0 segundos valem, respectivamente: (A) 6,0 m/s e 9,0 m. (B) 6,0 m/s e 18 m. (C) 3,0 m/s e 12 m. (D) 12 m/s e 35 m. (E) 2,0 m/s e 12 m. 13 (VUNESP) Um grande navio petroleiro com velocidade de 15 m/s percorre aproximadamente 20 km até conseguir parar. Supondo que durante a frenagem ele tenha percorrido uma trajetória retilínea com aceleração constante, o tempo aproximado gasto nessa manobra, em minutos, é de: (A) 30. (B) 45. (C) 60. (D) 75. (E) 90. 14 (UERJ) Ao perceber o sinal vermelho, um motorista, cujo carro trafegava a 80 km/h, pisa no freio e para em 10 s. A desaceleração média do veículo, em km/h2, equivale, aproximadamente, a: (A) 1,4 · 103. (B) 8,0 · 103. (C) 1,8 · 104. (D) 2,9 · 104. 01 (UNICAMP) A Copa do Mundo é o segundo maior evento desportivo do mundo, ficando atrás apenas dos Jogos Olímpicos. Uma das regras do futebol que geram polêmica com certa frequência é a do impedimento. Para que o atacante A não esteja em impedimento, deve haver ao menos dois jogadores adversários à sua frente, G e Z, no exato instante em que o jogador L lança a bola para A (ver figura). Considere que somente os jogadores G e Z estejam à frente de A e que somente A e Z se desloquem nas situações descritas a seguir. L A Z G gol a. Suponha que a distância entre A e Z seja de 12 m. Se A parte do repouso em direção ao gol com aceleração de 3,0 m/s2 e Z também parte do repouso com a mesma aceleração no sentido oposto, quanto tempo o jogador L tem para lançar a bola depois da partida de A antes que A encontre Z? b. O árbitro demora 0,1 s entre o momento em que vê o lançamento de L e o momento em que determina as posições dos jogadores A e Z. Considere agora que A e Z movem-se a velocidades constantes de 6,0 m/s, como indica a figura. Qual é a distância mínima entre A e Z no momento do lançamento para que o árbitro decida de forma inequívoca que A não está impedido? Revisão FÍSICA I 245 1ª SérieMódulo 10 01 (UFSC) Dois trens partem, em horários diferentes, de duas cidades situadas nas extremidades de uma ferrovia, deslocando-se em sentidos contrários. O trem azul parte da cidade A com destino à cidade B, e o trem prata parte da cidade B com destino à cidade A. O gráfico representa as posições dos dois trens em função do horário, tendo como origem a cidade A (d = 0). d (km) t (h) 720 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 trem prata trem azul Considerando a situação descrita e as informações do gráfico, dê a soma das proposições corretas: 01) O tempo de percurso do trem prata é de 18 horas. 02) Os dois trens gastam o mesmo tempo no percurso: 12 horas. 04) A velocidade média dos trens é de 60 km/h. 08) O trem azul partiu às 4 horas da cidade A. 16) A distância entre as duas cidades é de 720 km, e os dois trens se encontram às 11 horas. Soma: ( ) 02 Duas partículas A e B movem-se numa mesma trajetória, e o gráfico a seguir indica suas posições (s) em função do tempo (t). Pelo gráfico, podemos afirmar que as partículas: s (m) 40 20 5 0 5 10 t (s) B A (A) movem-se no mesmo sentido. (B) movem-se em sentidos opostos. (C) no instante t = 0, encontram-se a 40 m uma da outra. (D) movem-se com a mesma velocidade. (E) não se encontram. 03 (UEM) Aristóteles afirmava, na Grécia Antiga, que um corpo mais pesado cai mais rapidamente que um corpo menos pesado quando soltos da mesma altura, ou seja, a velocidade de queda é sempre constante, mas determinada pelo peso do corpo em queda. Qual o gráfico de velocidade v × tempo t que melhor representa a afirmação do sábio grego? (A) v t (D) t v (B) t v (E) t v (C) t v 04 (UEM) Aristóteles, além de afirmar que, quanto mais pesado é um corpo, mais depressa ele cai (desde que com velocidade constante), afirmava ainda que, quanto mais denso é um meio, mais devagar o corpo o atravessa. Se v é a velocidade, P é o peso do corpo, ρ é a densidade do meio e α é o símbolo de proporcionalidade, pode-se escrever essa afirmação usando a seguinte equação: (A) vα P · ρ. (D) vα (P + ρ2). (B) v P� � . (E) vα (P – ρ). (C) vα (P + ρ). 05 (UEM) O gráfico abaixo descreve a posição S, em metros, em função do tempo t, em segundos, de um objeto que realiza um movimento retilíneo uniforme em cada trecho: S (m) 2 1 1 2 3 4 5 6 t (s) Com base nesses dados, é correto afirmar que: (A) a aceleração do objeto no intervalo de 0 s a 1 s é 1 m/s2. (B) a velocidade média do objeto no intervalo de 0 s a 4 s é de 0,5 m/s. (C) a aceleração do objeto é decrescente no intervalo de 4 s a 6 s. (D) a velocidade média do objeto no intervalo de 0 s a 6 s é de 1 m/s. (E) a maior velocidade do objeto ocorre no intervalo de 2 s a 4 s. 246 1ª Série FÍSICA I Módulo 10 06 O movimento de um carro, que se move com velocidade constante, é descrito pela seguinte tabela: t (h) 1 2 4 7 9 11 12 S (km) 100 200 450 600 400 200 100 A partir dos dados da tabela, determine: a. a velocidade média do carro entre os instantes 1 h e 2 h. b. a velocidade média do carro entre os instantes 4 h e 7 h. c. a velocidade média do carro entre os instantes 9 h e 12 h. d. a classificação dos tipos de movimento dos itens b e c. e. a velocidade média do carro entre os instantes 1 h e 12 h. 01 (UFPE) Um submarino em combate lança um torpedo na direção de um navio ancorado. No instante do lançamento, o submarino se movia com velocidade v = 14 m/s. O torpedo é lançado com velocidade vts em relação ao submarino. O intervalo de tempo do lançamento até a colisão do torpedo com o navio foi de 2,0 min. Supondo que o torpedo se moveu com velocidade constante, calcule vts em m/s: 4,2 km submarinotorpedo v (A) 5. (B) 12. (C) 15. (D) 21. (E) 23. 02 (UEM) Carta topográfica é a representação, em escala, sobre um plano dos acidentes naturais e artificiais da superfície terrestre de forma mensurável, mostrando suas posições planimétricas e altimétricas. A posição altimétrica ou relevo é normalmente determinada por curvas de nível, com as cotas referidas ao nível do mar. Analisando uma carta topográfica cuja escala é 1 : 100.000, quanto tempo um móvel viajando com uma velocidade constante de 15 km/h levará para percorrer um trajeto, em linha reta, corres- pondente a 3 cm? (A) 5 minutos. (B) 7 minutos. (C) 9 minutos. (D) 10 minutos. (E) 12 minutos. 03 (UNESP) Duas carretas, A e B, cada uma com 25 m de compri- mento, transitam em uma rodovia, no mesmo sentido e com veloci- dades constantes. Estando a carreta A atrás de B, porém movendo-se com velocidade maior que a de B, A inicia uma ultrapassagem sobre B. O gráfico a seguir mostra o deslocamento de ambas as carretas em função do tempo: x (m) A B 250 225 200 175 150 125 100 75 50 25 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 t (s) Considere que a ultrapassagem começa em t = 0, quando a frente da carreta A está alinhada com a traseira de B, e termina quando a traseira da carreta A está alinhada com a frente de B. O instante em que A completa a ultrapassagem sobre B é: (A) 2,0 s. (D) 8,0 s. (B) 4,0 s. (E) 10,0 s. (C) 6,0 s. 04 (FUVEST) João está parado em um posto de gasolina quando vê o carro de seu amigo passando por um ponto P, na estrada, a 60 km/h. Pretendendo alcançá-lo, João parte com seu carro e passa pelo mesmo ponto P, depois de 4 minutos, já a 80 km/h. Considere que ambos dirigem com velocidades constantes. Medindo o tempo a partir de sua passagem pelo ponto P, João deverá alcançar seu amigo em, aproximadamente: (A) 4 minutos. (D) 15 minutos. (B) 10 minutos. (E) 20 minutos. (C) 12 minutos. 05 (FATEC) Um carro se desloca entre duas cidades em duas etapas. Na primeira etapa, desloca-se com velocidade média de 80 km/h durante 3,5 h. Após permanecer parado por 2,0 horas, o carro percorre os 180 km restantes com velocidade média de 40 km/h. A velocidade média do carro no percurso entre as duas cidades foi, em km/h: (A) 40. (D) 70. (B) 46. (E) 86. (C) 64. 06 (UEL) Um indivíduo em Londrina telefona para um amigo em São Paulo utilizando um celular. Considere que entre Londrina e São Paulo há antenas retransmissoras nas posições indicadas pelos pequenos círculos no gráfico a seguir: d (km) d (km) 150 120 90 60 30 –30 40 80 120 160 200 400 480 São Paulo Londrina Revisão FÍSICA I Módulo 10 247 1ª Série Dois sinais que percorrem os diferentes caminhos (claro e escuro) indicados pelas setas chegarão ao celular receptor (São Paulo) defasados no tempo. Sabendo-se que a velocidade de propagação do sinal é da ordem da velocidade da luz, ou seja, v ≈ 3 · 105 km/s, a defasagem dos sinais é: (A) 8 30 10 5� � s. (D) 2 3 10 3� � s. (B) 2 3 10 5� � s. (E) 32 30 10 3� � s. (C) 8 30 10 3� � s. 07 (UNIOESTE) O motorista de um caminhão percorre a metade de uma estrada retilínea com velocidade de 40 km/h, a metade do que falta com velocidade de 20 km/h e o restante com velocidade de 10 km/h. O valor mais próximo para a velocidade média em todo o trajeto é de: (A) 30,0 km/h. (B) 20,0 km/h. (C) 33,3 km/h. (D) 23,3 km/h. (E) 26,6 km/h. 08 (UEL-PR) Sentado em um banco, de frente para a praia, um estudante observa um pequeno barco de pesca que se move lentamente no mar. Entre o seu banco e a praia existe uma fileira de palmeiras que, aparentemente, foram plantadas na mesma época e, portanto, têm aproximadamente o mesmo diâmetro. O estudante percebe que, quando a vista do barco é encoberta pelo tronco de uma palmeira, seu comprimento aparente corresponde exatamente ao diâmetro da árvore. Ele resolve então medir, para cada árvore, o tempo transcorrido entre o instante em que o barco começa a ser encoberto e o instante em que ele fica completamente encoberto e verifica que, para todas as palmeiras, ele é praticamente o mesmo, 4 s. A seguir, olhando ao seu redor, o estudante observa que, ancorados num porto próximo à praia, estão outros barcos iguais ao que ele vê no mar e resolve medir seu comprimento, obtendo 10 m. Finalmente, medindo a distância entre o ponto de observação e as palmeiras, bem como o diâmetro das árvores, ele obtém, respectivamente, 16 m e 25 cm. A partir desses dados, ele pôde calcular a distância entre o barco e a sua posição de observação, além da velocidade com que o barco se deslocava no mar. Os resultados encontrados pelo estudante valem: (A) 450 m e 2,1 m/s. (B) 640 m e 2,5 m/s. (C) 640 m e 8,0 m/s. (D) 1.100 m e 2,5 m/s. (E) 1.100 m e 7,0 m/s. 09 (UFSM) Da lavoura a um restaurante de estrada, um caminhão percorre 84 km com velocidade média de 70 km/h. Após uma pausa de 48 minutos para o lanche do motorista, a viagem é retomada, sendo percorridos 120 km com velocidade média de 60 km/h, até a chegada ao porto. A velocidade média de toda a viagem é, em km/h: (A) 75. (B) 65. (C) 60. (D) 51. (E) 48. 10 (UEM) Uma pessoa permanece um longo período observando uma tempestade e percebe que, progressivamente, o intervalo de tempo entre os relâmpagos e as respectivas trovoadas vai diminuindo. Um dos relâmpagos foi visto a uma distância de 1.376 metros do local onde o observador se encontra. A partir dessas observações, o que ele conclui em relação à tempestade e qual o intervalo de tempo decorrido entre o relâmpago e o estrondo da trovoada ouvida pelo observador? (Considere a velocidade do som igual a 344 m/s.) (A) A tempestade está se afastando, e o intervalo de tempo entre o relâmpago e o estrondo da trovoada é de 4,0 s. (B) A tempestade está se aproximando, e o intervalo de tempo entre o relâmpago e o estrondo da trovoada é de 2,0 s. (C) A intensidade da tempestade está diminuindo, e o intervalo de tempo entre o relâmpago e o estrondo da trovoada é de 4,0 s. (D) A tempestade está se afastando, e o intervalo de tempo entre o relâmpago e o estrondo da trovoada é de 2,0 s. (E) A tempestade está se aproximando, e o intervalo de tempo entre o relâmpago e o estrondo da trovoada é de 4,0 s. 01 (UEL) Observe as figuras a seguir: D is po ní ve l e m : < w w w .a m op in ta r.c om > . LH ponto de fuga α 2 m Disponível em: <www.amopintar.com>. Acesso em: 20 ago. 2009. 248 1ª Série FÍSICA I Módulo 10 Considere que você esteja assistindo a um filme no qual um caminhão percorre uma estrada, como a da foto, em direção ao ponto de fuga. Sabe-se que a traseira do caminhão mede 2 m de largura. Fazendo uma análise quadro a quadro do filme, é possível chegar às seguintes conclusões: I. Uma boa aproximação para o ângulo formado pelas linhas que partem dos extremos superiores da traseira do caminhão até o ponto de fuga (ângulo α na figura) é de 5,2°. II. Após 1 segundo de movimento, o tamanho aparente da traseira do caminhão reduziu-se à metade. Sabendo que tan (2,6°) ≈ 0,045, a velocidade média do caminhão nesse intervalo de tempo é de, aproximadamente: (A) 12 km/h. (B) 25 km/h. (C) 40 km/h. (D) 59 km/h. (E) 80 km/h.