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145PROMILITARES.COM.BR QUANTIDADE DE MOVIMENTO IMPULSO A ideia de impulso se apresenta para nós usualmente como um empurrão cujo objetivo é acelerar ou freiar um objeto. Essa aceleração dependerá da força ( )F a ser aplicada e do seu tempo (∆t) de interação com o corpo, assim, o impulso ( )I será de� nido como: I F t= ⋅ ∆ Observação Quando a força for variável, podemos usar a área do grá� co F × t para determinar o valor do impulso. Observação No SI, o impulso é dado em N ⋅ s QUANTIDADE DE MOVIMENTO A quantidade de movimento ( )Q é a grandeza utilizada por Newton para formulação das leis da mecanica. Também chamada de momento linear, é de� nida pelo produto da massa (m) de um corpo pela sua velocidade ( )v . Q m v= ⋅ Observação No SI, a unidade de quantidade de movimento é kg ⋅ m/s Exercício Resolvido 01. Em uma aula do curso de Logística Aeroportuária, o professor propõe aos alunos que determinem a quantidade de movimento da aeronave tipo 737-800 em voo de cruzeiro, considerando condições ideais. Para isso ele apresenta valores aproximados, fornecidos pelo fabricante da aeronave. INFORMAÇÃO DADO Massa Máxima de Decolagem 79.000 kg Velocidade média de cruzeiro 720 km/h Com base nos dados apresentados no quadro, o resultado aproximado esperado é, em kg ⋅ m/s, a) 1,6 × 107 b) 2,0 × 107 c) 2,6 × 107 d) 3,0 × 107 e) 3,6 × 107 Resolução: A A quantidade de movimento ou momento linear (Q) é o produto da massa pela velocidade, assim para a velocidade de cruzeiro, em m/s, temos: 7 7 Q m v km 1m s Q 79000 kg 720 h 3,6 km kg m s 1,6 k h Q 1,58 10 1 g0 m s⋅ = ⋅ = ⋅ ⋅ = ⋅ ≈ ⋅⋅ Observação Há uma relação entre a energia cinética do corpo e sua quantidade de movimento dada por: 2 c Q E 2m = TEOREMA DO IMPULSO A segunda lei de Newton pode ser escrita em função das grandezas apresentadas nesse capítulo, como veremos a seguir: v F m a m t F t m v I Q ∆ = ⋅ = ⋅ ∆ ⋅ ∆ = ⋅ ∆ = ∆ 146 QUANTIDADE DE MOVIMENTO PROMILITARES.COM.BR Assim, quando uma força resultante é aplicada em um corpo, ela provoca uma variação na sua quantidade de movimento. Exercício Resolvido 02. Uma partícula de massa m2 = 2 kg está em movimento retilíneo sobre uma superfície sem atrito com velocidade constante v = 1 m/s. Ao se fazer atuar sobre a partícula uma força constante de módulo F = 2N na mesma direção e no mesmo sentido de seu movimento, durante um intervalo ∆t = 1s, ela sofre uma aceleração constante. Ao � nal do intervalo de tempo ∆t = 1s a velocidade da partícula, em m/s, será a) 0. b) 1. c) 3. d) 4. e) 2. Resolução: E Sendo a força aplicada a resultante, aplicando o teorema do impulso: ( ) ( ) ( )F t m v' v 2 1 2 v' 1 v' 2m s.∆ = − ⇒ = − ⇒ = COLISÕES Quando dois ou mais corpos colidem, eles interagem entre si e causam variação das suas quantidades de movimentos. Não havendo forças externas atuando, a quantidade de movimento do sistema de partículas permanece sempre inalterado. final inicial A B A B Q Q Q Q Q' Q' = + = + Observação Em quaisquer colisões a quantidade de movimento do sistema sempre é conservada Demonstração da conservação da quantidade de movimento Usando a terceira lei de Newton (ação e reação), podemos a� rmar que a força ( )ABF que o corpo A faz em B é oposta a que B faz em A ( )BAF Além disso, o tempo de interação entre eles também é o mesmo, assim: AB BA AB BAF F F t F t= − ⇒ ⋅ ∆ = − ⋅ ∆ Usando o teorema do impulso, temos: ( )A B A A B B A B A B Q Q Q Q' Q Q' Q Q Q' Q' ∆ = −∆ ⇒ − = − − + = + COEFICIENTE DE RESTITUIÇÃO Mesmo com a quantidade de movimento total conservada, a energia dos corpos após uma colisão pode não se manter constante. Para determinarmos quanto da energia é perdida nesse processo, usaremos o coe� ciente de resituição (e) de� nido por: afastamento aproximação v e v = • vaproximação é a velocidade relativa entre os corpos antes da colisão • vafastamento é a velocidade relativa entre os corpos após a colisão Observação Relembrando como calcular a velocidade relativa • Corpos se movendo no mesmo sentido: rel 1 2v v v= − • Corpos se movendo em sentido contrário: rel 1 2v v v= + COLISÃO PERFEITAMENTE ELÁSTICA Vamos descrever as caracterísitcas de uma colisão perfeitamente elástica e fazer um exemplo: • não há perda de energia, ou seja, a energia é conservada. • o coe� ciente de restituição vale 1 (e = 1) Exercício Resolvido 03. Um pequeno bloco, de massa m = 0,5 kg, inicialmente em repouso no ponto A, é largado de uma altura h = 0,8 m. O bloco desliza ao longo de uma superfície sem atrito e colide com um outro bloco, de mesma massa, inicialmente em repouso no ponto B (veja a � gura a seguir). Determine a velocidade do segundo bloco após a colisão, em m/s, considerando-a perfeitamente elástica. Resolução: Primeiro vamos encontrar a velocidade do bloco A no � nal da rampa usando a conservação da energia início fim 2 A A A A A A m v E E m gh v 2gh 2 10 0,8 4 m/s 2 = ⇒ = ⇒ = = ⋅ ⋅ = Durante colisão, a quantidade de movimento é conservada início A A A A B B A A BfimQ Q m v m v' m v' v v' v'= ⇒ = + ⇒ = + 147 QUANTIDADE DE MOVIMENTO PROMILITARES.COM.BR Como a colisão é perfeitamente elástica, o coe� ciente de restituição vale 1 afastamento B A B A A Aaproximação v v' v' e 1 v' v' v vv − = = = ⇒ − = Resolvendo o sistema, encontramos: A B v' 0 v' 4 m/s = = Pendulo de Newton COLISÃO PERFEITAMENTE INELÁSTICA Vamos também descrever as caracterísitcas de uma colisão perfeitamente inelástica e fazer um exemplo: • A energia não é conservada • Há perda máxima de energia do sistema • Os corpos saem juntos após a colisão • O coe� ciente de restitução é nulo (e = 0) Exercício Resolvido 04. Um corpo A colide com um corpo B que se encontra inicialmente em repouso. Os dois corpos estão sobre uma superfície horizontal sem atrito. Após a colisão, os corpos saem unidos, com uma velocidade igual a 20% daquela inicial do corpo A. Qual é a razão entre a massa do corpo A e a massa do corpo B, mA/mB? a) 0,20 b) 0,25 c) 0,80 d) 1,0 e) 4,0 Resolução: B A colisão entre os dois corpos é perfeitamente inelástica sem atrito, assim temos a Conservação da Quantidade de Movimento. inicial final A A B B Q Q m v m v = ⋅ + ⋅ ( ) ( ) A B final A A B A B A A A m m v m v m 0 m m 0,2 v m v = + ⋅ ⋅ + ⋅ = + ⋅ ⋅ ( )A B Am m 0,2 v= + ⋅ A A B A A B A B A B A B m 0,2 m 0,2 m m 0,2 m 0,2 m 0,8 m 0,2 m m 0,2 m 0,8 m 1 0,25 m 4 = ⋅ + ⋅ − ⋅ = ⋅ ⋅ = ⋅ = = = COLISÃO PARCIALMENTE ELÁSTICA OU PARCIALMENTE INELÁSTICA Essas colisões são intermediárias entre a perfeitamente elástica e a perfeitamente inelástica, portanto o seu coe� ciente de restituição está entre 0 e 1 (0 < e < 1). Sua energia também não é conservada. Exercício Resolvido 05. (EFOMMM) Dois móveis P e T com massas de 15,0 kg e 13,0 kg respectivamente, movem-se em sentidos opostos com velocidades VP = 5,0 m/s e VT = 3,0 m/s, até sofrerem uma colisão unidimensional, parcialmente elástica de coe� ciente de restituição e = 3/4. Determine a intensidade de suas velocidades após o choque. a) VT = 5,0 m/s e VP = 3,0 m/s b) VT = 4,5 m/s e VP = 1,5 m/s c) VT = 3,0 m/s e VP = 1,5 m/s d) VT = 1,5 m/s e VP = 4,5 m/s e) VT = 1,5 m/s e VP = 3,0 m/s Resolução: B Orientando a trajetória no mesmo sentido do movimento do móvel P, os dados são: P T P Tm 15 kg; m 13 kg; v 5 m s; v 3 m s.= = = = − Considerando o sistema mecanicamente isolado, pela conservação da quantidade de movimento: ( ) ( ) ( ) antes depois ' ' sist sist P P T T P P T T ' ' P T ' ' P T Q Q m v m v m v m v 15 5 13 3 15v 13v 15v 13v 36. I = ⇒ + = + ⇒ ⇒ + − = + ⇒ + = Usando a de� nição de coe� ciente de restituição (e): ( ) ' ' ' ' T P T P P T ' ' ' 'T P T P v v 3 v v e v v 4 5 ( 3) 3 v v v v 6. II 4 8 − − = ⇒ = ⇒ − − − − ⇒ = ⇒− = Montando o sistema e resolvendo: ' ' ' ' P T P T ' ' ' ' T P P T ' ' P T ' ' P T ' T ' ' T T 15v 13v 36 15v 13v 36 v v 6 v v 6 15v 13v 36 (+) 15v 15v 90 0 28v 126 126 v v 4,5 m s. 28 + = + = ⇒ ⇒ − = − + = + = ⇒ ⇒− + = + = = ⇒ = Voltando em (II): ' ' ' ' T P P P ' ' P P v v 6 4,5 v 6 4,5 6 v v 1,5m s v 1,5 m s. − = ⇒ − = ⇒ − = ⇒ ⇒ = − ⇒ = EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 01. (EEAR 2010) Duas esferas A e B, de mesmas dimensões, e de massas, respectivamente, iguais a 6 kg e 3 kg, apresentam movimento retilíneo sobre um plano horizontal, sem atrito, com velocidades constantes de 10 m/s e 5 m/s, respectivamente. Sabe-se que a esfera B está a frente da esfera A e que estão perfeitamente alinhadas, conforme pode ser visto na � gura, e que após o choque a esfera A adquire uma velocidade de 5 m/s e a esfera B uma velocidade v. 148 QUANTIDADE DE MOVIMENTO PROMILITARES.COM.BR Utilizando os dados do problema, considerando o sistema isolado e adotando o Princípio da Conservação da Quantidade de Movimento, determine a velocidade v, em m/s. a) 10. b) 15. c) 20. d) 25. 02. (EEAR 2012) O grá� co a segui representa a relação entre o módulo da força (F), em newtons, e o tempo (t), em segundos. Considerando que essa força tem direção constante, o módulo do impulso da força de 0 a 4 s, em N⋅s, é igual a ______. a) 5 b) 10 c) 20 d) 40 03. (EEAR 2014) Um soldado de massa igual a 60 kg está pendurado em uma corda. Por estar imóvel, ele é atingido por um projétil de 50 g disparado por um ri� e. Até o instante do impacto, esse projétil possuía velocidade de módulo igual a 400 m/s e trajetória horizontal. O módulo da velocidade do soldado, logo após ser atingido pelo projétil é aproximadamente ____ m/s. Considere 1. a colisão perfeitamente inelástica, 2. o projétil e o soldado um sistema isolado, e 3. que o projétil � cou alojado no colete de proteção utilizado pelo soldado e, portanto, o mesmo continuou vivo e dependurado na corda após ser atingido. a) 0,15 b) 1,50 c) 0,33 d) 3 04. (EEAR 2015) Um caminhão carregado, com massa total de 20000 kg se desloca em pista molhada, com velocidade de 110 km/h. No semáforo à frente colide com um carro de 5000 kg, parado no sinal. Desprezando o atrito entre os pneus e a estrada e sabendo que após a colisão, o caminhão e o carro se movimentam juntos, qual é a velocidade do conjunto (caminhão + carro), em km/h, após a colisão? a) 80 b) 88 c) 100 d) 110 05. (EEAR 2009) Considere a � gura abaixo, que representa uma gangorra apoiada em seu centro. Admita que a esfera A, cuja massa é o dobro da massa da esfera B, é solta de uma altura H, igual a 20 cm. Ao se chocar com a gangorra, a esfera A transfere totalmente a quantidade de movimento para a esfera B que é imediatamente lançada para cima. Desconsiderando a massa da gangorra e qualquer tipo de atrito, admitindo que a aceleração da gravidade local seja igual a 10 m/s2 e que a articulação da gangorra seja ideal, a altura h, em metros, alcançada pela esfera B, vale: a) 0,2 b) 0,4 c) 0,8 d) 2,0 06. (AFA 1989) O carrinho A move-se para a direita com velocidade de 0,5 m/s e colide contra um carrinho B que se encontra em repouso. Depois da colisão, A move-se para a esquerda com velocidade de 0,1 m/s, enquanto B se move para a direita com 0,3 m/s. Numa segunda sequência, A está carregado com uma massa de 1 kg e é empurrado contra B com uma velocidade de 0,5 m/s. Depois da colisão, A permanece e repouso, enquanto B se move para a direita a 0,5 m/s. As massas, em kg, de A e B são, respectivamente: a) 1 e 1 b) 1 e 2 c) 2 e 2 d) 10 e 11 07. (AFA 1989) A situação abaixo refere-se a uma colisão em duas dimensões. À esquerda (Fig. 1), tem-se um instante da situação anterior ao choque e, à direita (Fig. 2), a representação do ocorrido após o choque. A direção do movimento da bola II, após a colisão, pode ser melhor representada pela seta: a) AO b) OB c) OC d) OD 08. (AFA 1990) O bloco A (mA = 0,8 kg) e o bloco B (mB = 1,2 kg) da � gura abaixo, estão unidos por um � o inextensível de massa desprezível, e se movem à razão de 9 m/s, sobre uma superfície horizontal lisa. Entre eles existe uma mola ideal, comprimida. Em dado instante o � o se rompe, e a mola se solta. O bloco A para e o bloco B é lançado ainda mais veloz para adiante. A energia potencial da mola (antes do � o se romper) e a energia cinética � nal do sistema valem, respectivamente, em Joules: a) 54 e 135 b) 81 e 135 c) 54 e 189 d) 8 e 189 09. (AFA 1994) Uma bola A de massa m é lançada, com velocidade 3 m/s, em direção a uma bola B, em repouso, de massa m/2, que estão a certa distância de uma parede (ver � gura). Acontecerão choques perfeitamente elásticos, frontais, num plano horizontal, sem atrito. Após o segundo choque entre as bolas, as velocidades, em m/s, das bolas A e B serão, respectivamente: a) –1,0 e –4,0 b) –0,5 e –2,0 c) 2,3 e –2,67 d) 3,5 e –1,5 10. (AFA 1994) Um avião está voando a 720 km/h quando uma ave de 3,0 kg é apanhada por ele, chocando-se perpendicularmente contra o vidro dianteiro (inquebrável) da cabine. Se o choque, perfeitamente inelástico durar um milésimo de segundo, a força, em newtons, aplicada no vidro valerá: a) 56 1 0× b) 62,16 1 0× c) 61,2 1 0× d) 64,32 1 0× 149 QUANTIDADE DE MOVIMENTO PROMILITARES.COM.BR EXERCÍCIOS DE TREINAMENTO 01. (AFA) Na extremidade da mola de constante elástica 2,0 × 103 N/m, ilustrada abaixo, prende-se um bloco de 200 g, inicialmente em repouso, de forma que o sistema massa-mola possa oscilar sem atrito, na superfície horizontal. Dispara-se uma bala de 10 g, com velocidade de 250 m/s, de encontro ao bloco, de modo a se incrustar nele. Qual a máxima deformação, em cm, que a mola experimenta? a) 2,0 b) 12,2 c) 36,1 d) 137,0 02. (AFA) Os corpos da � gura abaixo, que estavam em repouso, escorregam um sobre o outro sem atrito, de modo que, num determinado instante, a componente horizontal da velocidade adquirida pelo corpo menor seja 0,75 m/s. Sabendo-se que a massa dos corpos maior e menor é, respectivamente, 6 kg e 2 kg, a velocidade do corpo maior, no mesmo instante, será a) 0,25 m/s no mesmo sentido. b) 0,25 m/s no sentido oposto. c) 2,25 m/s no mesmo sentido. d) 2,25 m/s no sentido oposto. 03. (AFA) Um projétil é disparado horizontalmente, com velocidade VA, contra um bloco de madeira de massa M, inicialmente em repouso, sobre uma superfície horizontal sem atrito. sabendo-se que a colisão é perfeitamente inelástica e que, após esta, a velocidade do sistema é VF, a massa m do projétil será, a) F A F V M V V+ b) F A F V M V V− c) A F F A V V M V V− d) A F A V M V V− 04. (AFA) Um tenista, com o auxílio de uma raquete, consegue imprimir velocidade de 120 km/h a uma bola de tênis de 85g de massa. Supondo que a colisão da raquete com a bola seja perfeitamente elástica e dure 1 × 10-2 segundos, a força desenvolvida contra a bola, em newtons, será: a) 120,2 b) 283,3 c) 1250,4 d) 10200,6 05. (AFA) Um corpo A de massa MA desloca-se com velocidade vA, num plano horizontal e sem atrito, quando colide com outro corpo B de massa MB, inicialmente em repouso. Após a colisão, perfeitamente elástica, os corpos A e B deslocam-se nas direções mostradas na � gura abaixo. Portanto a velocidade do corpo B, após a colisão, será a) B B A 3M v 2M b) A A B 3M v 2M c) A A B 2 3M v 3M d) B B A 2 3M v 3M 06. (ESPCEX) Na � gura abaixo, um projétil de massa m = 10 g bate em um pêndulo balístico de massa M = 1 kg e se aloja dentro dele. Depois do choque, o conjunto atinge uma altura máxima h = 80 cm. Os � os que compõem o pêndulo são inextensíveis, têm massa desprezível, permanecem paralelos entre si e não sofrem qualquer tipo de torção. Considerando que a resistência do ar é desprezível e que a aceleração da gravidade é igual a 10 m/s, a intensidade da velocidade com que o projétil atingiu o pêndulo vale a) 4,4 m/s b) 17,6 m/s c) 244m/s d) 404 m/s e) 1616 m/s 07. (ESPCEX) Um móvel movimenta-se sob a ação de uma força resultante de direção e sentido constantes, cuja intensidade (FR) varia com o tempo (t) de acordo com o grá� co abaixo. O módulo do impulso dessa força resultante, no intervalo de tempo de 0 s a 12 s, é de a) 5 Ns b) 12 Ns c) 25 Ns d) 30 Ns e) 60 Ns 08. (ESPCEX) Uma granada de mão, inicialmente em repouso, explodiu sobre uma mesa, de superfície horizontal e sem atrito, e fragmentou-se em três pedaços de massas M1, M2 e M3 que adquiriram velocidades coplanares e paralelas ao plano da mesa, conforme representadas no desenho abaixo. Imediatamente após a explosão, a massa M1 = 100 g adquire uma velocidade v1= 30m/s e a massa M2 = 200g adquire uma velocidade v2 = 20 m/s, cuja direção é perpendicular à direção de v1 ⋅ A massa M3 = 125g adquire uma velocidade inicial v3 igual a: a) 45 m/s b) 40 m/s c) 35 m/s d) 30 m/s e) 25 m/s 150 QUANTIDADE DE MOVIMENTO PROMILITARES.COM.BR 09. (AFA) Analise as a� rmativas abaixo sobre impulso e quantidade de movimento. I. Considere dois corpos A e B deslocando-se com quantidades de movimento constantes e iguais. Se a massa de A for o dobro de B, então, o módulo da velocidade de A será metade do de B. II. A força de atrito sempre exerce impulso sobre os corpos em que atua. III. A quantidade de movimento de uma luminária � xa no teto de um trem é nula para um passageiro, que permanece em seu lugar durante todo o trajeto, mas não o é para uma pessoa na plataforma que vê o trem passar. IV. Se um jovem que está afundando na areia movediça de um pântano puxar seus cabelos para cima, ele se salvará. São corretas a) apenas I e III. b) apenas I, II e III. c) apenas III e IV. d) todas as a� rmativas. 10. (EN) Analise as a� rmativas abaixo, que se referem às grandezas impulso e quantidade de movimento. I. Se uma partícula está submetida a uma força resultante constante, a direção da quantidade de movimento da partícula pode mudar. II. Se uma partícula está se movendo em círculo com módulo da velocidade constante v, a intensidade da taxa de variação da quantidade de movimento no tempo é proporcional a v². III. Com o grá� co do módulo da força resultante que atua sobre uma partícula em função da posição x, pode-se obter o módulo do impulso sobre a partícula, calculando-se a área entre a curva e o eixo x. IV. Se J representa o impulso de uma determinada força, então J t ∆ ∆ representa a variação da força. Assinale a opção correta. a) Apenas as a� rmativas I e II são verdadeiras. b) Apenas as a� rmativas I e III são verdadeiras. c) Apenas as a� rmativas III e IV são verdadeiras. d) Apenas as a� rmativas I, II e IV são verdadeiras. e) Apenas as a� rmativas II, III e IV são verdadeiras. 11. (ESPCEX) Uma granada de mão, inicialmente em repouso, explode sobre uma mesa indestrutível, de superfície horizontal e sem atrito, e fragmenta-se em três pedaços de massas m1, m2 e m 3 que adquirem velocidades coplanares entre si e paralelas ao plano da mesa. Os valores das massas são m1 = m2 = m e 3 m m . 2 = Imediatamente após a explosão, as massas m1 e m2 adquirem as velocidades 1v e 2v , respectivamente, cujos módulos são iguais a v, conforme o desenho abaixo. Desprezando todas as forças externas, o módulo da velocidade 3v , imediatamente após a explosão é a) 2 v 4 b) 2 v 2 c) 2v d) 3 2v 2 ⋅ e) 2 2v⋅ 12. (ESPCEX) Dois � os inextensíveis, paralelos, idênticos e de massas desprezíveis suspendem um bloco regular de massa 10 kg formando um pêndulo vertical balístico, inicialmente em repouso. Um projetil de massa igual a 100 g, com velocidade horizontal, penetra e se aloja no bloco e, devido ao choque, o conjunto se eleva a uma altura de 80 cm, conforme � gura abaixo. Considere que os � os permaneçam sempre paralelos. A velocidade do projetil imediatamente antes de entrar no bloco é Dados: despreze a resistência do ar e considere a aceleração da gravidade igual a 10 m/s². a) 224 m/s. b) 320 m/s. c) 370 m/s. d) 380 m/s. e) 404 m/s. 13. (ESPCEX) Um canhão, inicialmente em repouso, de massa 600 kg, dispara um projétil de massa 3 kg com velocidade horizontal de 800 m/s. Desprezando todos os atritos, podemos a� rmar que a velocidade de recuo do canhão é de: a) 2 m/s b) 4 m/s c) 6 m/s d) 8 m/s e) 12 m/s 14. (AFA) Um avião a jato, cuja massa é de 40 toneladas, ejeta, durante 5 segundos, 100 kg de gás e esse gás sofre uma variação de velocidade de 500 m/s. Com base nessas informações, analise as seguintes a� rmativas: I. A variação da velocidade do avião é de 1,25 m/s. II. A força aplicada no avião é de 104 N. III. O impulso sofrido pelo avião vale 5⋅104 kg⋅m/s. Está(ão) correta(s) a) apenas I. b) apenas I e II. c) apenas I e III. d) I, II e III. 151 QUANTIDADE DE MOVIMENTO PROMILITARES.COM.BR 15. (AFA) Uma partícula de massa m é lançada obliquamente com velocidade v0 próxima à superfície terrestre, conforme indica a � gura abaixo. A quantidade de movimento adquirida pela partícula no ponto Q, de altura máxima, é a) 0mv b) 20m v 2gh− c) m 2gh d) 2 0vm gh 2 − 16. (AFA) Três esferas idênticas estão suspensas por � os ideais conforme a � gura. Se a esfera A for deslocada da posição inicial e solta, ela atingirá uma velocidade v e colidirá frontalmente com as outras duas esferas estacionadas. Considerando o choque entre as esferas perfeitamente elástico, pode-se a� rmar que as velocidades vA, vB e vC de A, B e C, imediatamente após as colisões, serão a) A B cv v v v= = = b) A B cv v 0 e v v= = = c) A B c v v 0 e v v 2 = = = d) A B c v v v v 3 = = = 17. (EFOMM) Um jogador de futebol cobra uma falta frontal e acerta o canto superior esquerdo da baliza, marcando o gol do título. Suponha que a bola, com massa de 400 g, tenha seguido uma trajetória parabólica e levado 1,0 s para atingir a meta. Se a falta foi marcada a 20 m de distância da linha de fundo e a bola atingiu o gol à altura de 2,0 m, qual é o vetor força média que o jogador imprimiu à bola durante o chute? Considere que o tempo de interação entre o pé do jogador e a bola foi de 0,1 s e que não há resistência do ar. Considere ainda g = 10 m/s² e os vetores unitários î e ĵ ao longo das direções horizontal e vertical, respectivamente. a) ˆ ˆ20,0 N i 7,0 N j− b) ˆ ˆ80,0 N i 12,0 N j− c) ˆ ˆ40,0 N i 14,0 N j+ d) ˆ ˆ8,0 N i 2,8 N j+ e) ˆ ˆ80,0 N i 28,0 N j+ 18. (EFOMM) Na figura (a) é apresentada uma mola de constante K, que tem presa em sua extremidade um bloco de massa M. Esse sistema oscila em uma superfície lisa sem atrito com amplitude A, e a mola se encontra relaxada no ponto 0. Em um certo instante, quando a massa M se encontra na posição A, um bloco de massa m e velocidade v se choca com ela, permanecendo grudadas (figura (b)). Determine a nova amplitude de oscilação A’ do sistema massa-mola. a) 2 2 2m vA' A (m M)K = + + b) 2 2mvA' A K = + c) 2 2(M m)vA' A K + = + d) M m A' v K + = e) A' A= 19. (EFOMM) Dois móveis P e T com massas de 15,0 kg e 13,0 kg, respectivamente, movem-se em sentidos opostos com velocidades VP = 5,0 m/s e VT = 3,0 m/s, até sofrerem uma colisão unidimensional, parcialmente elástica de coe� ciente de restituição e = 3/4. Determine a intensidade de suas velocidades após o choque. a) VT = 5,0 m/s e VP = 3,0 m/s b) VT = 4,5 m/s e VP = 1,5 m/s c) VT = 3,0 m/s e VP = 1,5 m/s d) VT = 1,5 m/s e VP = 4,5 m/s e) VT = 1,5 m/s e VP = 3,0 m/s 20. (EFOMM) Uma balsa de 2,00 toneladas de massa, inicialmente em repouso, transporta os carros A e B, de massas 800 kg e 900 kg, respectivamente. Partindo do repouso e distantes 200 m inicialmente, os carros aceleram, um em direção ao outro, até alcançarem uma velocidade constante de 20 m/s em relação à balsa. Se as acelerações são aA = 7,00 m/s² e aB = 5,00 m/s², relativamente à balsa, a velocidade da balsa em relação ao meio líquido, em m/s, imediatamente antesdos veículos colidirem, é de a) zero b) 0,540 c) 0,980 d) 2,35 e) 2,80 21. (AFA) Considere duas rampas A e B, respectivamente de massas 1 kg e 2 kg, em forma de quadrantes de circunferência de raios iguais a 10 m, apoiadas em um plano horizontal e sem atrito. Duas esferas 1 e 2 se encontram, respectivamente, no topo das rampas A e B e são abandonadas, do repouso, em um dado instante, conforme � gura abaixo. 152 QUANTIDADE DE MOVIMENTO PROMILITARES.COM.BR Quando as esferas perdem contato com as rampas, estas se movimentam conforme os grá� cos de suas posições x, em metros, em função do tempo t, em segundos, abaixo representados. Desprezando qualquer tipo de atrito, a razão 1 2 m m das massas m1 e m2 das esferas 1 e 2, respectivamente, é a) 1 2 b) 1 c) 2 d) 3 2 22. (EN) Analise a � gura abaixo. A � gura acima mostra um homem de 69 kg, segurando um pequeno objeto de 1,0 kg, em pé na popa de um � utuador de 350 kg e 6,0 m de comprimento que está em repouso sobre águas tranquilas. A proa do � utuador está a 0,50 m de distância do píer. O homem desloca-se a partir da popa até a proa do � utuador, para, e em seguida lança horizontalmente o objeto, que atinge o píer no ponto B, indicado na � gura acima. Sabendo que o deslocamento vertical do objeto durante seu voo é de 1,25 m, qual a velocidade, em relação ao píer, com que o objeto inicia o voo? Dado: g = 10 m/s² a) 2,40 m/s b) 61,0 cm/s c) 360 cm/s d) 3,00 km/h e) 15,00 km/h 23. (EN) Analise a � gura a seguir. A � gura acima mostra um sistema formado por duas partículas iguais, A e B, de massas 2,0 kg cada uma, ligadas por uma haste rígida de massa desprezível. O sistema encontra-se inicialmente em repouso, apoiado em uma superfície horizontal (plano xy) sem atrito. Em t = 0, uma força 1 ˆF 8,0 iN= passa a atuar na partícula A e, simultaneamente, uma força 2 ˆF 6,0 jN= passa a atuar na partícula B. Qual o vetor deslocamento, em metros, do centro de massa do sistema de t = 0 a t = 4,0 s? a) 3ˆ ˆ2i j 2 + b) ˆ ˆ2i 6 j+ c) ˆ ˆ4i 3j+ d) ˆ ˆ4i 12j+ e) ˆ ˆ16i 12j+ 24. (EN) Analise a � gura abaixo. A � gura acima mostra o grá� co das energias cinéticas de dois carrinhos, A e B respectivamente, que deslizam sem atrito ao longo de um trilho horizontal retilíneo. No instante t = 3 s ocorre uma colisão entre os carrinhos. Sendo assim, assinale a opção que pode representar um grá� co para as velocidades dos carrinhos antes e depois da colisão. a) b) c) 153 QUANTIDADE DE MOVIMENTO PROMILITARES.COM.BR d) e) 25. (ESPCEX) Dois caminhões de massa m1 = 2,0 ton e m2 = 4,0 ton, com velocidades v1 = 30 m/s e v2 = 20 m/s, respectivamente, e trajetórias perpendiculares entre si, colidem em um cruzamento no ponto G e passam a se movimentar unidos até o ponto H, conforme a � gura abaixo. Considerando o choque perfeitamente inelástico, o módulo da velocidade dos veículos imediatamente após a colisão é: a) 30 km/h b) 40 km/h c) 60 km/h d) 70 km/h e) 75 km/h 26. (EN) Um artefato explosivo é lançado do solo com velocidade inicial v0 fazendo um ângulo de 30° com a horizontal. Após 3,0 segundos, no ponto mais alto de sua trajetória, o artefato explode em duas partes iguais, sendo que uma delas (fragmento A) sofre apenas uma inversão no seu vetor velocidade. Desprezando a resistência do ar, qual a distância, em metros, entre os dois fragmentos quando o fragmento A atingir o solo? Dados: sen30° = 0,5; cos30° = 0,9; g = 10 m/s² a) 280 b) 350 c) 432 d) 540 e) 648 27. (EFOMM) Duas pessoas – A e B – de massas mA e mB, estão sobre uma jangada de massa M, em um lago. Inicialmente, todos esses três elementos (jangada e pessoas) estão em repouso em relação à água. Suponha um plano coordenado XY paralelo à superfície do lago e considere que, em determinado momento, A e B passam a se deslocar com velocidades (em relação à água) de módulos VA e VB, nas direções, respectivamente, dos eixos perpendiculares x e y daquele plano coordenado. A velocidade relativa entre a pessoa A e a jangada tem módulo: a) 2 2A A B B 1 (m V ) (m V ) M + b) 2 2 2A A B B 1 (m M) V (m V ) M + + c) 2 2A A B B A 1 (m V ) (m V ) M m + + d) 2 2 2A A B B A 1 (m M) V (m V ) M m + + + e) 2 2A A B B A B 1 (m V ) (m V ) M(m m ) + + 28. (AFA) A partícula 1, no ponto A, sofre uma colisão perfeitamente elástica e faz com que a partícula 2, inicialmente em repouso, percorra, sobre uma superfície, a trajetória ABMCD, conforme � gura a seguir. O trecho BMC é um arco de 90° de uma circunferência de raio R = 1,0 m. Ao passar sobre o ponto M, a partícula 2 está na iminência de perder o contato com a superfície. A energia mecânica perdida, devido ao atrito, pela partícula 2 ao longo do trecho ABM é exatamente igual à que ela perde no trecho MCD. No ponto D, a partícula 2 sofre outra colisão, perfeitamente elástica, com a partícula 3, que está em repouso. As partículas 1 e 3 possuem mesma massa, sendo a massa de cada uma delas o dobro da massa da partícula 2. A velocidade da partícula 1, imediatamente antes da colisão no ponto A, era de 6,0 m/s. A aceleração da gravidade é constante e igual a g. Desprezando a resistência do ar, a velocidade da partícula 3, imediatamente após a colisão no ponto D, em m/s, será igual a a) 3,0 b) 4,0 c) 5,0 d) 6,0 29. (AFA) A montagem da � gura a seguir ilustra a descida de uma partícula 1 ao longo de um trilho curvilíneo. Partindo do repouso em A, a partícula chega ao ponto B, que está a uma distância vertical H abaixo do ponto A, de onde, então, é lançada obliquamente, com um ângulo de 45° com a horizontal. A partícula, agora, descreve uma trajetória parabólica e, ao atingir seu ponto de altura máxima, nessa trajetória, ela se acopla a uma partícula 2, sofrendo, portanto, uma colisão inelástica. 154 QUANTIDADE DE MOVIMENTO PROMILITARES.COM.BR Essa segunda partícula possui o dobro de massa da primeira, está em repouso antes da colisão e está presa ao teto por um � o ideal, de comprimento maior que H, constituindo, assim, um pêndulo. Considerando que apenas na colisão atuaram forças dissipativas, e que o campo gravitacional local é constante. O sistema formado pelas partículas 1 e 2 atinge uma altura máxima h igual a a) H 3 b) H 9 c) H 16 d) H 18 30. (AFA) Uma partícula A, de massa m e carga elétrica q, está em repouso no momento em que uma segunda partícula B, de massa e carga elétrica iguais às de A, é lançada com velocidade de módulo igual a v0, na direção x, conforme ilustra a � gura abaixo. A partícula B foi lançada de um ponto muito distante de A, de tal forma que, no instante do lançamento, as forças elétricas coulombianas entre elas possam ser desprezadas. Sendo K a constante eletrostática do meio e considerando apenas interações eletrostáticas entre essas partículas, a distância mínima entre A e B será igual a a) 2 0 2 m v8 3 K q b) 2 0 2 K v3 4 m q c) 2 0 Kq 2 mv d) 2 2 0 K q 4 mv EXERCÍCIOS DE COMBATE 01. (EPCAR/AFA 2012) De acordo com a figura abaixo, a partícula A, ao ser abandonada de uma altura H, desce a rampa sem atritos ou resistência do ar até sofrer uma colisão, perfeitamente elástica, com a partícula B que possui o dobro da massa de A e que se encontra inicialmente em repouso. Após essa colisão, B entra em movimento e A retorna, subindo a rampa e atingindo uma altura igual a a) H b) H 2 c) H 3 d) H 9 02. (FUVEST 2012) Maria e Luísa, ambas de massa M, patinam no gelo. Luísa vai ao encontro de Maria com velocidade de módulo V. Maria, parada na pista, segura uma bola de massa m e, num certo instante, joga a bola para Luísa. A bola tem velocidade de módulo v, na mesma direção de V �� . Depois que Luísa agarra a bola, as velocidades de Maria e Luísa, em relação ao solo, são, respectivamente: a) 0; v – V. b) –v; v + V/2. c) –mv/M; MV/m. d) –mv/M; (mv – MV)/(M + m). e) (MV/2 – mv)/M; (mv – MV/2)/(M + m). 03. (EN 2013) Uma granada, que estava inicialmentecom velocidade nula, explode, partindo-se em três pedaços. O primeiro pedaço, de massa M1 = 0,20 kg, é projetado com uma velocidade de módulo igual a 10 m/s. O segundo pedaço, de massa M2 = 0,10 kg é projetado em uma direção perpendicular à direção do primeiro pedaço, com uma velocidade de módulo igual a 15 m/s. Sabendo-se que o módulo da velocidade do terceiro pedaço é igual a 5,0 m/s, a massa da granada, em kg, vale: a) 0,30 b) 0,60 c) 0,80 d) 1,0 e) 1,2 04. (FUVEST 2015) Um trabalhador de massa m está em pé, em repouso, sobre uma plataforma de massa M. O conjunto se move, sem atrito, sobre trilhos horizontais e retilíneos, com velocidade de módulo constante v. Num certo instante, o trabalhador começa a caminhar sobre a plataforma e permanece com velocidade de módulo v, em relação a ela, e com sentido oposto ao do movimento dela em relação aos trilhos. Nessa situação, o módulo da velocidade da plataforma em relação aos trilhos é a) (2m + M)v/(m + M). b) (2m + M)v/M. c) (2m + M)v/m. d) (M – m)v/M. e) (m + M)v/(M – m). 05. (EPCAR/AFA 2018) Um corpo M de dimensões desprezíveis e massa 10 kg movimentando-se em uma dimensão, inicialmente com velocidade V , vai sucessivamente colidindo inelasticamente com N partículas M todas de mesma massa 1 kg e com velocidades de módulo v = 20 m/s, que também se movimentam em uma dimensão de acordo com a Figura 1, a seguir: O grá� co que representa a velocidade � nal do conjunto vf após cada colisão em função do número de partículas N é apresentado na Figura 2, a seguir. Desconsiderando as forças de atrito e a resistência do ar sobre o corpo e as partículas, a colisão de ordem N0 na qual a velocidade do corpo resultante (corpo M + N0 partículas m) se anula, é, 155 QUANTIDADE DE MOVIMENTO PROMILITARES.COM.BR a) 25. b) 50. c) 100. d) 200. 06. (ESPCEX/AMAN 2014) Um bloco de massa M = 180 g está sobre urna superfície horizontal sem atrito, e prende-se a extremidade de uma mola ideal de massa desprezível e constante elástica igual a 2 ⋅ 103 N/m. A outra extremidade da mola está presa a um suporte fixo, conforme mostra o desenho. Inicialmente, o bloco se encontra em repouso e a mola no seu comprimento natural, isto é, sem deformação. Um projétil de massa m = 20 g é disparado horizontalmente contra o bloco, que é de fácil penetração. Ele atinge o bloco no centro de sua face, com velocidade de v = 200 m/s. Devido ao choque, o projétil aloja-se no interior do bloco. Desprezando a resistência do ar, a compressão máxima da mola é de: a) 10,0 cm. b) 12,0 cm. c) 15,0 cm. d) 20,0 cm. e) 30,0 cm. 07. (IME 2018) Conforme a � gura acima, um corpo, cuja velocidade é nula no ponto A da superfície circular de raio R é atingido por um projétil, que se move verticalmente para cima, e � ca alojado no corpo. Ambos passam a deslizar sem atrito na superfície circular, perdendo o contato com a superfície no ponto B. A seguir, passam a descrever uma trajetória no ar até atingirem o ponto C, indicado na � gura. Diante do exposto, a velocidade do projétil é: Dados: massa do projétil: m; massa do corpo: 9m; e aceleração da gravidade: g. a) Rg510 2 b) Rg310 2 c) Rg510 3 d) Rg310 5 e) Rg210 3 08. (ESPCEX/AMAN 2017) Um cubo de massa 4 kg está inicialmente em repouso sobre um plano horizontal sem atrito. Durante 3 s, aplica- se sobre o cubo uma força constante F horizontal e perpendicular no centro de uma de suas faces, fazendo com que ele sofra um deslocamento retilíneo de 9 m nesse intervalo de tempo, conforme representado no desenho abaixo. No final do intervalo de tempo de 3 s, os módulos do impulso da força F e da quantidade de movimento do cubo são, respectivamente: a) 36 N⋅s e 36 kg⋅m/s b) 24 N⋅s e 36 kg⋅m/s c) 24 N⋅s e 24 kg⋅m/s d) 12 N⋅s e 36 kg⋅m/s e) 12 N⋅s e 12 kg⋅m/s 09. (ITA 2018) Num plano horizontal liso, presas cada qual a uma corda de massa desprezível, as massas m1 e m2 giram em órbitas circulares de mesma frequência angular uniforme, respectivamente com raios r1 e r2 = r1/2. Em certo instante essas massas colidem-se frontal e elasticamente e cada qual volta a perfazer um movimento circular uniforme. Sendo iguais os módulos das velocidades de m1 e m2 após o choque, assinale a relação m2/m1. a) 1 b) 3/2 c) 4/3 d) 5/4 e) 7/5 10. (PUC-PR 2017) A sonda espacial Rosetta realizou um feito sem precedentes na história da exploração espacial. Em 2014, quando viajava com velocidade inicial V0 de 64.800 km/h (18.000 m/s), lançou o robô Philae, de 100 kg na direção da superfície de um cometa. A figura a seguir ilustra a situação. Com efeito do lançamento do robô, as trajetórias foram alteradas de tal forma Sen α = 0,8 e Sen θ = 0,6. Sendo a massa da sonda Rosetta de 3.000 kg, o módulo da razão entre a velocidade com que o robô foi lançado em direção ao cometa V2 e a velocidade final da sonda Rosetta V1 é: a) 22,5. b) 30,0. c) 37,5. d) 45,0. e) 52,5. 156 QUANTIDADE DE MOVIMENTO PROMILITARES.COM.BR DESAFIO PRODESAFIO PRO 1 (IME) Duas partículas A e B, ambas com carga positiva +Q e massas 2 m e m, respectivamente, viajam, em velocidades constantes v e 2v e nas direções e sentidos mostrados na Figura 1, até se chocarem e � carem grudadas no instante em que penetram numa região sujeita a um campo magnético constante (0,0,B), sendo B uma constante positiva. O comprimento da trajetória percorrida pelo conjunto A + B dentro da região sujeita ao campo magnético é: Observações: - despreze o efeito gravitacional; - antes do choque, a partícula B viaja tangenciando a região sujeita ao campo magnético; - o sistema de eixo adotado é o mostrado na Figura 2; e - despreze a interação elétrica entre as partículas A e B. a) 3 2 mv 2QB π b) 2 mv QB π c) 3 2 mv QB π d) 3 mv 2QB π e) 2 mv 2QB π 2 (ITA) Um tubo � no de massa 1.225 g e raio r = 10,0 cm encontra-se inicialmente em repouso sobre um plano horizontal sem atrito. A partir do ponto mais alto, um corpo de massa 71,0 g com velocidade inicial zero desliza sem atrito pelo interior do tubo no sentido anti-horário, conforme a � gura. Então, quando na posição mais baixa, o corpo terá uma velocidade relativa ao tubo, em cm/s, igual a a) -11,3. b) -206. c) 11,3. d) 206. e) 194. 3 (ITA) De uma planície horizontal, duas partículas são lançadas de posições opostas perfazendo trajetórias num mesmo plano vertical e se chocando elasticamente no ponto de sua altitude máxima – a mesma para ambas. A primeira partícula é lançada a 30° e aterriza a 90°, também em relação ao solo, a uma distância L de seu lançamento. A segunda é lançada a 60° em relação ao solo. Desprezando a resistência do ar, determine: a) a relação entre as massas das partículas, b) a distância entre os pontos de lançamento e c) a distância horizontal percorrida pela segunda partícula. 4 (ITA) Mediante um � o inextensível e de peso desprezível, a polia da � gura suporta à esquerda uma massa de 60 kg, e à direita, uma massa de 55 kg tendo em cima outra de 5 kg, de formato anelar, estando este conjunto a 1 m acima da massa da esquerda. Num dado instante, por um dispositivo interno, a massa de 5 kg é lançada para cima com velocidade v = 10 m/s, após o que, cai e se choca inelasticamente com a de 55 kg. Determine a altura entre a posição do centro de massa de todo o sistema antes do lançamento e a deste centro logo após o choque. 5 (IME) Considere um feixe homogêneo de pequenos projéteis deslocando-se na mesma direção e na mesma velocidade constante até atingir a superfície de uma esfera que está sempre em repouso. A esfera pode ter um ou dois tipos de superfícies: uma superfície totalmente re� etora (colisão perfeitamente elástica entre a esfera e o projétil) e/ou uma superfície totalmente absorvedora (colisão perfeitamente inelástica entre a esfera e o projétil). Em uma das superfícies (re� etora ou absorvedora), o ângulo α da � gura pertence ao intervalo [0, β], enquanto na outra superfície157 QUANTIDADE DE MOVIMENTO PROMILITARES.COM.BR (absorvedora ou re� etora) α pertence ao intervalo (β, π/2]. Para que a força aplicada pelos projéteis sobre a esfera seja máxima, o(s) tipo(s) de superfície(s) é(são): a) re� etora em [0, π/3] e absorvedora em (π/3, π/2]. b) re� etora em [0, π/4] e absorvedora em (π/4, π/2]. c) absorvedora em [0, π/6] e re� etora em (π/6, π/2]. d) absorvedora em [0, π/4] e re� etora em (π/4, π/2]. e) absorvedora em [0, π/2]. 6 (ITA) Uma chapa metálica homogênea quadrada de 100 cm² de área, situada no plano xy de um sistema de referência, com um dos lados no eixo x, tem o vértice inferior esquerdo na origem. Dela, retira-se uma porção circular de 5,00 cm de diâmetro com o centro posicionado em x = 2,050 cm e y = 5,00 cm. Determine as coordenadas do centro de massa da chapa restante. a) c c(x ,y ) (6,51, 5,00)cm= b) c c(x ,y ) (5,61, 5,00)cm= c) c c(x ,y ) (5,00, 5,61)cm= d) c c(x ,y ) (5,00, 6,51)cm= e) c c(x ,y ) (5,00, 5,00)cm= 7 (IME) A � gura acima representa uma lâmina de espessura e densidade constantes na forma de um semicírculo de raio a. A lâmina está suspensa por um � o no ponto A e o seu centro de massa está a uma distância de 4a 3π da reta que contém o segmento DB. Uma das metades da lâmina é retirada após um corte feito ao longo do segmento AC. Para a metade que permanece suspensa pelo ponto A nessa nova situação de equilíbrio, a tangente do ângulo que a direção do segmento de reta AC passa a fazer com a vertical é a) 3 4 3π − b) 4 3 4 π π − c) 3 π π − d) 4 3 4π − e) 4 4 − π GABARITO EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 01. B 02. C 03. C 04. B 05. C 06. B 07. C 08. A 09. C 10. A EXERCÍCIOS DE TREINAMENTO 01. B 02. B 03. B 04. B 05. B 06. D 07. D 08. B 09. B 10. A 11. E 12. E 13. B 14. C 15. B 16. B 17. E 18. A 19. B 20. B 21. A 22. C 23. E 24. A 25. C 26. E 27. B 28. B 29. D 30. D EXERCÍCIOS DE COMBATE 01. D 02. D 03. C 04. A 05. B 06. D 07. A 08. C 09. E 10. A DESAFIO PRO 01. A 02. D 03. a) 2 1 m 3 m 5 = b) 4 d L 3 = c) Total 5 d L 3 = 04. Variação do centro de massa do sistema é nula. 05. B 06. B 07. D ANOTAÇÕES 158 QUANTIDADE DE MOVIMENTO PROMILITARES.COM.BR ANOTAÇÕES
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