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Tópicos de cinemática escalar: MRUV (movimento retilíneo uniformemente variado) Nesta aula será estudado um tipo particular de movimento: aquele em que a velocidade do móvel varia de quantidades iguais e em iguais intervalos de tempo. A ele dá-se o nome de movimento unifor- memente variado. Se em especial a trajetória é uma linha reta, tem-se o movimento retilíneo uniforme- mente variado (MRUV). Aceleração escalar instantânea Já foi visto o conceito de aceleração escalar média como sendo a = Vt . Quando consideramos um intervalo t de tempo muito pequeno, tendendo a zero, a aceleração escalar média aproxima-se da aceleração escalar instantânea (a), que representa a tendência de a velocidade variar com o tempo. Mate- maticamente, escreve-se: a = t 0lim a = t 0lim V t ; ou seja, a aceleração escalar instantânea é o limite da aceleração escalar média quando t tende a zero. Como a aceleração instantânea é uma acelera- ção média, embora num intervalo de tempo que tende a zero, sua unidade no SI é também m/s2. Movimentos acelerados Um movimento variado é dito acelerado quan- do a velocidade escalar aumenta com o tempo. Isso impõe a existência de uma ação sobre a unidade de massa do corpo, tendendo a empurrá-lo no sentido de seu deslocamento. Progressivo acelerado V > 0 e a > 0 Retrógrado acelerado V < 0 e a < 0 Como se observa nas figuras, velocidade e ace- leração têm os mesmos sinais. Movimentos retardados Um movimento variado é dito retardado quan- do a velocidade escalar diminui com o tempo. Isso impõe a existência de uma ação sobre a unidade de massa do corpo, em sentido contrário ao de seu deslocamento, tendendo a freá-lo. Retrógrado retardado V < 0 e a > 0 Progressivo retardado V > 0 e a < 0 1 Como se observa na figura, velocidade e acele- ração têm sinais contrários. MRUV Pelo exposto, os movimentos uniformemente variados (MRUV) podem ser ou movimentos unifor- memente acelerados (MRUA) ou movimentos unifor- memente retardados (MRUR). Equações do MRUV (Equação da velocidade) No MRUV, a velocidade varia de quantidades iguais em iguais intervalos de tempo. Daí, o mesmo t corresponde sempre ao mesmo v, o que implica em a aceleração média ser constante. Considerando que a= t 0 lim a , segue a=a, pois o limite de uma cons- tante é ela própria. Assim, conclui-se que a= V t = V – V0 t – t0 Fazendo t0= 0, vem v=v0+at , que é a conhecida equação da velocidade no MRUV. Adiantando um pouco o assunto do próximo tópico, e considerando que essa equação representa v como função do 1.º grau em t, seu gráfico é uma reta, como a seguir mostrado: a > 0 a < 0 Como já se sabe do estudo de MRU, a área sob um gráfico v X t representa a variação s de posição, como mostrado na figura a seguir: A área sob o gráfico v x t = s. ti Vi V A área do retângulo escurecido é vi . ti = si. Fazendo t 0, s torna-se infinitamente pequeno e podemos considerar infinitos outros retângulos, cuja soma das áreas vale stotal e tende para a área sob o gráfico v X t. Equação da posição (Equação dos espaços) Considerando a figura anterior, a área s sob o gráfico é aquela de um trapézio retângulo de bases v e v0 e altura t=t – t0=t – 0 = t. Daí, podemos escrever: s= s – s0= (v+v0) 2 . t =(v0+at+v0) 2 . t = v0.t + 1 2 at2 ou s = s0 +v0t + 1 2 at2 , que é a conhecida equação da posição no MRU ou, como preferem alguns autores, “equação dos espaços”. Equação de Torricelli De v = v0+at, temos t = v – v0 a que, substituído na equação da posição, nos dá s = s0 + v0 . v – v0 a + 1 2 a v – v0 a 2 s = 2v0v – 2v0 2 + v2 – 2vv0 +v0 2 2a = v2 – v0 2 2a Ou v2= v0 2 +2a. s, que é a conhecida equação de Torricelli. Gráficos do MRUV A análise gráfica é de extrema importância no estudo de variados fenômenos. Veremos neste tópi- co os gráficos do MRUV e as informações que deles podem ser obtidas. Gráfico s X t Comparemos a equação da posição, vista no tópico anterior, com a do trinômio do 2.º grau: s = s0 + v0t + 1 2 at2 (equação da posição) y = c + bx + ax2 (trinômio do 2.º grau) Dessa comparação, vê-se com bastante clareza que a equação da posição representa s como um trinômio do 2.º grau em t. Do estudo do trinômio sabe-se que, sendo positi- vo o coeficiente do termo de 2.o grau, o gráfico corres- pondente é uma parábola com concavidade para cima (apresenta mínimo); sendo negativo esse coeficiente, a representação gráfica é uma parábola com concavi- dade para baixo (apresenta máximo). O gráfico s X t, portanto, apresenta o mesmo comportamento: 2 a>0 t sF a<0 s t t s tg = lim t s = vpt 0 Conclusões: Aceleração é positiva: concavidade para • cima. Aceleração é negativa: concavidade para • baixo. A declividade da reta tangente à curva • num ponto P é igual à velocidade do móvel nesse ponto. Gráfico v X t A equação da velocidade no MRUV é uma fun- ção do 1.º grau em t, conforme já se viu no módulo anterior, e seu gráfico é uma reta: tg = v / t = a a > 0 a < 0 Conclusões: A área sob um gráfico v X t representa ∆s. • A declividade da reta da velocidade repre- • senta a aceleração do MRUV. Gráfico a X t Como já se viu, a aceleração no MRUV é cons- tante. O gráfico a X t, portanto, representando uma função que não varia com o tempo, só pode ser para- lelo ao eixo t, conforme se mostra a seguir: a > 0 a < 0 A área S sob o gráfico representa um retângulo de altura a e base t. Ademais, a aceleração a é igual à aceleração média a–. A área S pode ser então escrita: S = a . t = a– . t= v t . t = v Correspondência entre os gráficos Na figura acima, nota-se: De t=0 a t=t • 1, o movimento é retrógrado (v<0 e s diminuindo) e retardado (v<0 e a>0) nos gráficos à esquerda; no conjunto de gráficos à direita, é progressivo (v>0 e s aumentando) e retardado (v>0 e a<0). Para t>t • 1, o movimento é progressivo (v>0 e s aumentando) e acelerado (v>0 e a>0) nos gráficos à esquerda; nos gráficos à direita, o movimento é retrógrado (v<0 e s diminuindo) e acelerado (v<0 e a<0). (Unesp) Um veículo está rodando à velocidade de1. 36km/h numa estrada reta e horizontal, quando o motorista aciona o freio. Supondo que a velocidade do veículo se reduz uniformemente à razão de 4m/s em cada segundo a partir do momento em que o freio foi acionado, determine: o tempo decorrido entre o instante do acionamentoa) do freio e o instante em que o veículo para. a distância percorrida pelo veículo nesse intervalob) de tempo. 3 Solução: ` Em primeiro lugar, há que expressar a velocidadea) em unidades SI: v0 = 36/3,6 =10m/s. Agora, basta aplicar a equação da velocidade, le- vando em conta que a velocidade final v é zero (o veículo é freado até parar) e que a aceleração de freagem é a = –4m/s2. Daí: v = vo + at ou 0 = 10 – 4t, donde t = 10/4 = 2,5s. Basta aplicar a equação de Torricelli:b) v 2= v20 +2a s ou 02=102+2(–4).∆s, donde 8∆s = 100 e, portanto, ∆s = 12,5m. Sendo retilínea a trajetória, a distância percorrida é igual ao deslo- camento (variação de posição) ∆s. (UFPE) Um veículo em movimento sofre uma desacele-2. ração uniforme em uma pista reta, até parar. Sabendo-se que, durante os últimos 9,0m de seu deslocamento, a sua velocidade diminui 12m/s, calcule o módulo da desaceleração imposta ao veículo, em m/s2. Solução: ` Basta ter atenção ao enunciado da questão. Se nos úl- timos 9,0m de seu deslocamento a velocidade diminui de 12m/s até parar, então v0 = 12m/s e v = 0. Aplicando Torricelli com ∆s = 9,0m, tem-se: 02 = 122 – 2a.9 18a = 144, donde a = 8,0m/s 2. (Unesp) Um rato, em sua ronda à procura de alimento,3. está parado em um ponto P, quando vê uma coruja espreitando-o. Instintivamente, ele corre em direção à sua toca T, localizada a 42m dali, em movimento retilíneo uniforme e com velocidade v = 7m/s. Ao ver o rato, a coruja dá início à sua caçada, em um mergulho típico, como o mostrado na figura. Ela passa pelo ponto P, 4s após a partida do rato e a uma velocidadede 20m/s. Considerando a hipótese de sucesso do rato, ema) quanto tempo ele atinge a sua toca? Qual deve ser a aceleração média da coruja, a partirb) do ponto P, para que ela consiga capturar o rato no momento em que ele atinge a entrada de sua toca? Solução: ` Considerando ser constante a velocidade do rato,a) trata-se de MRU: s = v. t t = s/v = 42/7,0 = 6,0s Nesse caso, a coruja deverá voar em MRUA comb) v0= 20m/s. Ela terá de percorrer uma distância s = 42m num tempo de 6,0 – 4 = 2s (o rato con- seguirá chegar à toca em 6,0s e a coruja chegou ao ponto P 4s após a partida deste). Tem-se: s = v0t + at 2/2 42 = 20(2)+4a/2 ou a = 1m/s2 (UERJ)4. Uma das atrações típicas do circo é o equilibrista sobre monociclo. O raio da roda do monociclo utilizado é igual a 20cm, e o movimento do equilibrista é retilíneo. O monociclo começa a se mover a partir do repouso com aceleração constante de 0,50m/s2. Calcule a velocidade média do equilibrista no trajeto percorrido nos primeiros 6,0s. Solução: ` Usando a equação da posição com v0 = 0, a = 0,50m/s 2 e t = 6,0s, tem-se: s = 0(6,0)+(0,50) (6,0)2/2 = 9,0m. A velocidade média vale vm= s/ t = 9,0m/6,0s = 1,5m/s De acordo com o Código de Trânsito Brasileiro, avançar5. sinal vermelho de semáforo ou de parada obrigatória é infração considerada gravíssima, com perda de 7 pontos na carteira e multa de R$173,00. O Sr. A. P. Sado conduzia seu automóvel a 144km/h quando, subitamente, um semáforo, 450m à sua frente, mudou de verde para amarelo. Pela especificação do veículo, a velocidade máxima é de 216km/h, a potencialidade de aceleração é de 3,0m/s2 e a de frenagem vale 4,0m/s2. 4 Considerando que o Sr. A. P. Sado leve 7s para reagir à inopinada situação, e que o semáforo permaneça 10s em alerta antes de exibir a luz vermelha, analise se esse motorista teve chance de evitar o avanço do sinal. Solução: ` O primeiro aspecto a considerar é o tempo dispo-a) nível. Como o semáforo permanece 10s exibindo alerta amarelo e o motorista leva 7s para reagir, res- taram apenas 3s para tentar evitar a infração. Durante o tempo de reação do motorista (7s),b) o veículo percorreu em MRU uma distância s0= v. t = (144/3,6).7 = (40).7 = 280m; assim, findo esse tempo, a distância do automóvel à faixa em que se situa o semáforo era de s = 450 – 280 = 170m. Uma das opções do motorista seria a de tentarc) ultrapassar o sinal antes da luz vermelha, para o quê deveria percorrer os 170m em MRUA com v0 = 144km/h = 40m/s e aceleração a = 3,0m/s 2. Daí: s = v0t + at 2/2 170 = 40t + 1,5t2 ou 1,5t2 + 40t – 170 = 0 t = – 40 402 – (4)(1,5)(–170) (2)(1,5) t – 40 51, 1863 – 30,40; 3,729 Como se vê, se o motorista optou por essa linha de ação, avançou o sinal vermelho, pois seriam necessários 3,72s para chegar à faixa correspondente. Outra opção seria a de frear o veículo, para o que sed) deslocaria em MRUR com v0 =144km/h = 40m/s, v = 0 e ∆s =170m. Daí, aplicando Torricelli: v2 = (v0) 2+2a. s 02 =402+2a(170) 340a = –1 600 a = – 4,71m/s2 Vê-se, portanto, que o motorista somente conseguiria não avançar o sinal se imprimisse ao veículo uma desacele- ração de 4,71m/s2, o que ultrapassa a potencialidade de frenagem do automóvel. Pelo exposto, o Sr. A. P. Sado não teve chance de evitar o avanço do sinal. (Unifesp) Em um teste, um automóvel é colocado em6. MRUV acelerado a partir do repouso até atingir a ve- locidade máxima. Um técnico constrói o gráfico onde se registra a posição x do veículo em função de sua velocidade v. Através desse gráfico, pode-se afirmar que a aceleração do veículo é, em m/s2, igual a: v(m/s) 1,5a) 2,0b) 2,5c) 3,0d) 3,5e) Solução: ` B Pelo gráfico, vê-se que a velocidade inicial v0 vale zero, a velocidade final v vale 6m/s e s = x vale 9m. Em virtude de não aparecer o tempo necessário à variação de posição s, isto é um indicativo da conveniência de empregarmos a equação de Torricelli. Daí: v2 = v0 2 + 2a . s 62 = 02 + 2a . 9 ou 36 = 18a ou a = 2,0m/s2 (PUC) O gráfico representa a variação da velocidade,7. com o tempo, de um móvel em movimento retilíneo uni- formemente variado. A velocidade inicial do móvel e o seu deslocamento escalar de 0 a 5,0s valem, respectivamente; –4,0m/s e – 5,0m a) –6,0m/s e – 5,0mb) 4,0m/s e 25mc) –4,0m/s e 5,0md) –6,0m/s e 25me) Solução: ` B Os dois triângulos determinados pela reta de velocidade e o eixo dos tempos são semelhantes. Daí: 5,0 — 3,0 4,0 – 0,0 = 3,0 — 0,0 0,0 – v0 ou -2v0 = 12 ou v0=-6,0m/s. 5 Daí: s = ((40 +20)/2).20 = 600m. Sendo t = 40s, vem vm = 600/40 = 15m/s (Uerj-adap.)9. Tempo (t) em segundos Posição em metros A B 0 -5 15 1 0 0 2 5 -5 3 10 0 4 15 15 Ao realizar um experimento, um físico anotou as posições de dois móveis A e B, elaborando a tabela acima. O móvel A estava em MRU; B deslocava-se em MRUV. Pede-se: a distância, em metros, entre os móveis A e B, noa) instante t = 6s; a aceleração do móvel B;b) o valor da velocidade inicial de B.c) Solução: ` Distância d entre A e B em t = 6 s: Pela tabela, vê-se que A se movimentava em MRU • progressivo com velocidade vA = 5,0m/s e que sua posição em t = 0 era S0 = –5m. Daí, aplicando a equação das posições no MRU, obtém-se a posição SA dele no instante t = 6s: SA= S0+ vA t ou SA = –5 + 5 . 6 = 25m Sabe-se que o gráfico das posições do móvel B cor- • responde a uma parábola. Da tabela, vê-se que nos instantes t = 1s e t = 3s a posição de B valia zero; ou seja, os zeros da parábola são 1 e 3. Ainda, ela apre- senta mínimo em (2,–5) e passa pelo ponto (0,15). A figura abaixo mostra o gráfico dessa parábola: A equação dessa parábola é: • y = at2 + bt + c = a(t2 + (b/a) t + c/a). Como -b/a é a soma S e c/a é o produto P dos zeros da parábola, tem-se: Sabemos que as áreas dos triângulos entre a reta de velo- cidade e o eixo dos tempos representam o deslocamento entre os instantes considerados. Daí: De t = 0,0 a t = 3,0: s1 = (-6,0).(3,0–0,0)/2 = -9,0m De t = 3,0 a t = 5,0: s2 = (4,0).(5,0–3,0)/2 = 4,0m Assim, o deslocamento s de t=0,0 a t=5,0 é tal que s = s1 s2= -9,0+4,0= –5,0m (Unesp) Um veículo se desloca em trajetória retilínea8. e sua velocidade em função do tempo é apresentada na figura. Identifique o tipo de movimento do veículo nos in-a) tervalos de tempo de 0 a 10s, de 10 a 30s e de 30 a 40s, respectivamente. Calcule a velocidade média do veículo no intervalob) de tempo entre 0 e 40s. Solução: ` De t = 0 a t = 10s, considerando que o gráfico v x t é um segmento de reta não-horizontal, trata-se de MRUV; ainda, por serem positivos os valores de v para valores de t diferentes de zero, tem-se movimento progressivo e, porque a intensidade da velocidade aumenta com o aumento do tempo, o movimento é acelerado. Assim, tem-se um MRUA progressivo. De t = 10s a t = 30s, por ser horizontal o gráfico v x t, trata-se de MRU; ainda, porque a velocidade é positiva, o movimento é progressivo. Tem-se, então, um MRU progressivo. De t = 30s a t = 40s, o gráfico v x t é um segmento de reta descendente e, portanto, tem-se um MRUV. Ainda, porque os valores de v são positivos para t ≠ 40s, o mo- vimento é progressivo e, finalmente, considerando que a intensidade da velocidade diminui com o aumento do tempo, o movimento é retardado. No intervalo conside- rado tem-se, pois, um MRUR e progressivo. Como já visto, velocidade escalar média é o deslocamen- to do corpo móvel dividido pelo tempo para isso gasto; ou seja, Vm = s t , onde vm é velocidade média, s o deslocamento e t o tempo despendido para realizar esse deslocamento. O deslocamento é a área sob o gráfico v x t (área do trapézio: semissoma das bases x altura). 6 y = a (t2 – St + P) = a (t2 – 4t + 3) = at2 – 4at + 3a. Pela equação das posições no MRUV, no entanto, sabe- se que: s = (a’/2)t2 + v0t + s0 = (a’/2)t 2 + v0t +15, onde a’ é a aceleração do corpo móvel. Comparando as duas equações, tira-se que 3a = 15 e a = 5, donde a equação da parábola fica y = at2 – 4at + 3a= 5t2 — 20t + 15 e a das posições do móvel B fica sB = 5t 2 – 20t + 15. Daí, em t = 6 s, a posição de B era sB = 5 (6 2) – 20 . 6 + 15 = 75m. A distância entre A e B em t = 0 era, pois, • d = sB-sA=75 – 25 = 50m. Aceleração a’ do móvel B:a) Comparando ainda as duas equações acima, tem-se a’/2 = 5, donde a’ = 10m/s2. Velocidade inicial vb) 0 de B: Ainda levando em conta as duas equações do item a, tira-se por comparação que v0 = –20m/s. (Unificado) Um automóvel partindo do repouso leva1. 5,0s para percorrer 25m em MUV. A velocidade final do automóvel é de: 5,0m/sa) 10m/sb) 15m/sc) 20m/sd) 25m/se) (Fuvest) Um veículo parte do repouso em movimento2. retilíneo e acelera a 2m/s2. Pode-se dizer que sua velo- cidade e a distância percorrida, após 3 segundos, valem, respectivamente: 6m/s e 9ma) 6m/s e 18mb) 3m/s e 12mc) 12m/s e 36md) 2m/s e 12me) (UEL) Um móvel efetua um movimento retilíneo uni-3. formemente variado obedecendo à equação horária s =10 + 10t – 5,0t2, onde o espaço é medido em metros e o instante t em segundos. A velocidade do móvel no instante t = 4,0s, em m/s, vale: 50a) 20b) 0c) – 20d) – 30e) (Mackenzie) Um trem de 120m de comprimento se deslo-4. ca com velocidade escalar de 20m/s. Esse trem, ao iniciar a travessia de uma ponte, freia uniformemente, saindo com- pletamente da mesma 10s após, com velocidade escalar de 10m/s. O comprimento da ponte é de: 150ma) 120mb) 90mc) 60md) 30me) (UFSC) Um carro parte do repouso com uma aceleração5. constante de 4m/s2. Sua velocidade média durante os três primeiros segundos será de: 12km/ha) 21,6km/hb) 17,6km/hc) 15,2km/hd) 16km/he) (FOA-RJ) Se a velocidade de um móvel passa uni-6. formemente de 10m/s para 30m/s em 8,0 segundos, determine o deslocamento que o móvel realizou. 50,0ma) 120mb) 140mc) 160md) 280me) (Uerj) Utilize os dados abaixo para responder às questões7. a seguir. Durante um experimento, um pesquisador anotou as posições de dois móveis A e B, elaborando a tabela abaixo. O movimento de A é uniforme e o de B é uniformemente variado. 7 A aceleração do móvel B é, em m/sa) 2, igual a: 2,5a) 5,0b) 10,0c) 12,5d) b) A distância, em metros, entre os móveis A e B, no instante t = 6s, é de: 45a) 50b) 55c) 60d) (UFRJ) Numa competição automobilística, um carro se8. aproxima de uma curva em grande velocidade. O piloto, então, pisa no freio durante 4s e consegue reduzir a velocidade do carro para 30m/s. Durante a freada o carro percorre 160m. Supondo que os freios imprimam ao carro uma aceleração retardadora constante, calcule a velocidade do carro no instante em que o piloto pisou no freio. (PUC–Minas) Um foguete partindo do repouso atinge a9. velocidade de 6 000m/s em 2 minutos. Determinar: a aceleração média.a) a velocidade após 0,5 minutos.b) a distância percorrida nesse tempo.c) (Unesp) O tempo de reação (intervalo de tempo entre10. o instante em que uma pessoa recebe uma informação e o instante em que reage) de certo motorista é 0,70s; e os freios podem reduzir a velocidade de seu veículo à razão máxima de 5m/s em cada segundo. Supondo que esteja dirigindo à velocidade constante de 10m/s, determine: o tempo mínimo decorrido entre o instante em quea) avista algo inesperado, que o leva a acionar os freios, até o instante em que o veículo para. a distância percorrida nesse tempo.b) (UEL) Nos gráficos abaixo, v representa a velocidade e11. t o tempo para um movimento. t v(I) t v(II) tv(III) tv(IV) A aceleração é positiva apenas nos gráficos: I e IIIa) II e IIIb) III e IVc) I, II e IIId) I, II e IVe) (UFRJ) Um carro acelerado uniformemente a partir do12. repouso, atinge uma determinada velocidade, mantida constante até ser freado uniformemente e parar num sinal. Considerando os gráficos abaixo, identifique aquele que melhor representa a posição do carro em função do tempo. a) t x b) t x c) t x d) t x e) t x (Unesp) O gráfico mostra como varia a velocidade de13. um móvel em função do tempo, durante parte do seu movimento. t v 0 O movimento representado pelo gráfico pode ser o de uma: esfera que desce por um plano inclinado e continuaa) rolando por um plano horizontal. criança deslizando num escorregador de um par-b) que infantil. fruta que cai de uma árvore.c) composição de metrô, que se aproxima de uma es-d) tação e para. bala no interior do cano de uma arma logo após oe) disparo. (PUC-Rio) As posições sucessivas de duas bolas, em14. intervalos de tempo iguais, estão representadas e nu- meradas no diagrama abaixo. As bolas se movimentam para a direita. 8 1 bola A 2 3 4 5 6 1 65432 bola B Indique a afirmativa correta. Aceleração da bola A = aceleração da bola B = 0.a) Aceleração da bola B > aceleração da bola A = 0.b) Aceleração da bola A > aceleração da bola B > 0.c) Aceleração da bola A = aceleração da bola B > 0.d) Aceleração da bola B > aceleração da bola A > 0.e) (Unificado) A figura abaixo representa o gráfico da15. velocidade em função do tempo do movimento de uma partícula. Qual das equações abaixo pode representar como varia a posição x, em metros, em função do tempo t em segundos? t (s) v (m/s) 2,0 4,0 6,0 8,0 1,0 2,0 3,0 x = 2ta) 2 + t x = tb) 2 + 2t x = tc) 2 + t x = 2t + 2d) x = t + 2e) (UFRJ) As ciclistas Paula e Sandra treinavam para uma16. competição em uma pista plana e retilínea. No instante em que Paula começou a se mover, Sandra passou por ela. O gráfico descreve o movimento das ciclistas. 5 10 15 5 10 15 20 25 30 tempo (s) ve lo ci da de ( m /s ) Sandra Paula 0 Considerando as informações fornecidas, assinale a opção que indica a distância percorrida por Paula até alcançar Sandra e em quanto tempo isso ocorreu. 25m; 10sa) 50m; 10sb) 50m; 20sc) 1,0 . 10d) 2 m; 10s 1,0 . 10e) 2 m; 20s (UFJF-MG) Na figura abaixo, representamos a velocidade,17. em cada instante de tempo t , de um carro de Fórmula 1. Assinale o item que melhor representa o gráfico da aceleração em função do tempo. t v a) t a b) t a c) t a d) t a e) t a (Cefet–RJ) No túnel Rebouças, primeira galeria, sentido18. Sul-Norte, a velocidade limite é de 90km/h. Um veículo entra nessa galeria com velocidade escalar de 36km/h e, durante 10s, mantém uma aceleração escalar constante, atingindo a velocidade escalar de 90km/h, que perma- nece a mesma por mais 75s, até a saída da galeria. Qual das opções a seguir representa o gráfico v x t para o veículo e o comprimento da galeria, calculado pelo motorista? a) t (s) v (km/h) 10 85 36 90 0 b) t (s) v (km/h) 10 85 36 90 0 c) t (s) v (km/h) 10 85 36 90 0 9 d) t (s) v (km/h) 10 85 36 90 0 e) t (s) v (km/h) 10 85 36 90 0 (Unesp) A figura representa o gráfico velocidade x 19. tempo do movimento retilíneo de um móvel. t (s) v (m/s) 90 0 10 20 30 40 50 Qual o deslocamento total desse móvel?a) Esboce o gráfico posição x tempo correspondente,b) supondo que o móvel partiu da origem. (Unicamp) O gráfico (v X t) de um atleta inexperiente20. numa corrida de São Silvestre é mostrado na figura: t (h) v (km/h) 24,0 0 0,3 0,8 I II Calcule a aceleração do atleta nos trechos I e II.a) Calcule o espaço percorrido pelo atleta desde queb) começou a correr até parar. (AFA) Um corpo movimenta-se sobre uma reta, e sua1. posição, em metros, é dada em função do tempo, em segundos, pela equação s = 7 + 6 t – 2t2. O instante em que o corpo inverte o sentido do movimento e a sua velocidade no instante t = 4s são, respectivamente: 0 e 7.a) – 4 e 1.b) 1,5 e – 10.c) 0,6 e – 20.d) (UFF) A tabela abaixo registra as posições X, em diferen-2. tes instantes de tempo t de uma partícula que descreve um movimento retilíneo uniformemente acelerado: t(s) X(m) 0,0 10,0 3,0 -11,0 6,0 -14,0 9,0 1,0 A aceleração da partícula, em m/s2, é: 1,0a) 1,5b) 2,0c) 3,5d) 7,0e) (USS) Observe a foto estroboscópica do movimento de3. uma esfera de aço num plano horizontal. 0 5,0cm 20cm 45cm x movimento Considerando que o movimentoé uniformemente acelerado, o valor correto da posição x é: 60cma) 70cmb) 80cmc) 90cmd) 95cme) (Unificado) A figura representa a trajetória circular4. percorrida por uma partícula em movimento uniforme- mente acelerado no sentido da seta. A partícula sai do ponto 1, no instante zero, com velocidade inicial nula. No instante t ela passa pelo ponto 2, pela primeira vez desde o início do movimento. No instante 3t, a partícula estará no ponto: 4 3 25 1 1a) 2b) 3c) 4d) 5e) (Uerj) O movimento uniformemente acelerado de5. um objeto pode ser representado pela seguinte pro- gressão aritmética: 7, 11, 15, 19, 23, 27... Esses números representam os deslocamentos, em metros, realizados pelo objeto, a cada segundo. Portanto, a função que descreve a posição desse objeto é: 3t + 4ta) 2 10 5t + 2tb) 2 1 + 2t + 4tc) 2 2 + 3t + 2td) 2 (ITA) Um passageiro atrasado está correndo a 8,0m/s,6. 30m atrás do último vagão de um trem no instante em que este começa a se movimentar com uma aceleração escalar de 1,0m/s2. Pode-se afirmar que: a velocidade do passageiro é insuficiente para alcan-a) çar o trem. o passageiro alcança o trem após 4,3s.b) o passageiro alcança o trem após 6,0s.c) o passageiro alcança o trem após 4,0s.d) o passageiro alcança o trem após 5,0s.e) (Fuvest) Um ciclista A inicia uma corrida a partir do7. repouso, acelerado a 0,50m/s2. Nesse instante passa por ele outro ciclista B, com velocidade constante de 5,0m/s e no mesmo sentido que o ciclista A. Depois de quanto tempo após a largada o ciclistaa) A alcança o B? Qual a velocidade do ciclista A ao alcançar o ci-b) clista B? (Unicamp) Um automóvel trafega com velocidade8. constante de 12m/s por uma avenida e se aproxima de um cruzamento onde há um semáforo com fiscalização eletrônica. Quando o automóvel se encontra a uma distância de 30m do cruzamento, o sinal muda de ver- de para amarelo. O motorista deve decidir entre parar o carro antes de chegar ao cruzamento ou acelerar o carro e passar pelo cruzamento antes do sinal mudar para vermelho. Esse sinal permanece amarelo por 2,2s. O tempo de reação do motorista (tempo decorrido entre o momento em que o motorista vê a mudança de sinal e o momento em que realiza alguma ação) é 0,5s. Determine a mínima aceleração constante que oa) carro deve ter para parar antes de atingir o cruza- mento e não ser multado. Calcule a menor aceleração constante que o carrob) deve ter para passar pelo cruzamento sem ser mul- tado. Aproxime 1,7 3,0. (Unicamp) Um automóvel e um caminhão, admitidos9. como pontos materiais, partem do repouso no mesmo instante e no mesmo sentido. Inicialmente, o automóvel está a uma certa distância atrás do caminhão. As acelera- ções escalares são, em módulo, 1,0m/s2 para o caminhão e 1,8m/s2 para o automóvel. O automóvel alcança o cami- nhão após este haver percorrido 50m. Pedem-se: O tempo que o automóvel leva para alcançar o ca-a) minhão. A distância a que estava o automóvel atrás do ca-b) minhão, no instante da partida. As velocidades do automóvel e do caminhão quan-c) do emparelhados. (UFRJ-Biotec) Um carro está se movendo a 72km/h10. (20m/s). No instante em que ele se encontra a 38m de um cruzamento, acende o sinal amarelo, cuja duração é 2,0s. Nessa velocidade, o carro tem uma capacidade máxima de aceleração de 2,0m/s2 e pode frear, no máximo, à razão de 3,0m/s2. O cruzamento tem 10m de largura, como mostra a figura. 10m38m 20m/s Considere o carro como uma partícula e a reação do motorista instantânea. Verifique se, acelerando ou freando, o motorista consegue evitar que o carro se encontre no cruzamento com o sinal fechado. Justifique sua resposta. (FEI) Um móvel parte de um certo ponto com um movi-11. mento que obedece à seguinte lei horária: s = 4t2, válida no SI; s é a abscissa do móvel e t o tempo. Um segundo depois, parte um outro móvel do mesmo ponto do pri- meiro, com movimento uniforme e seguindo a mesma trajetória. Qual a menor velocidade que deverá ter esse segundo móvel a fim de encontrar o primeiro? (PUC-Rio) Uma pessoa inicialmente no ponto P, no12. desenho abaixo, fica parada por algum tempo e então se move ao longo do eixo para o ponto Q, onde fica por um momento. Ela, então, corre rapidamente para R, onde fica por um momento e depois volta lentamente para o ponto P. 0 1 2 3 4 RQ P (m) Qual dos gráficos abaixo melhor representa a posição da pessoa em função do tempo? a) b) 11 c) d) e) (UFRJ) O gráfico posição 13. versus tempo do movimento de uma partícula é representado por arcos de parábola consecutivos, conforme a figura: 0 S t A opção que melhor representa o correspondente gráfico velocidade-tempo é: a) t v 0 b) t v 0 c) t v 0 d) t v 0 e) t v 0 (UFJF) A figura abaixo é o gráfico da posição x, em14. função do tempo, para um corpo de massa m cons- tante, movendo-se sobre uma linha reta e partindo do repouso. 0 x (m) t1 t2 segmento de parábola t (s) O par de gráficos que pode representar, respectivamente, a velocidade e a aceleração atuante no corpo, entre 0 e t2, de maneira inquestionável é: a) t (s) v (m/s) t1 t20 t (s) a (m/s2) t1 t20 b) t (s) v (m/s) t1 t20 t (s) a (m/s2) t1 t20 c) t (s) v (m/s) t1 t20 t (s) a (m/s2) t1 t20 d) t (s) v (m/s) t1 t20 t (s) a (m/s2) t1 t20 e) t (s) v (m/s) t1 t20 t (s) a (m/s2) t1 t20 (UFRS) No gráfico está representada a posição de um15. móvel que se desloca ao longo de uma reta, em função do tempo. A velocidade inicial e a aceleração do móvel valem, respectivamente: 0 s (m) 4 8 t (s) 10 5m/s e –1,25m/sa) 2 2,5m/s e 1,25m/sb) 2 5m/s e 0,75m/sc) 2 5m/s e –1,5m/sd) 2 2,5m/s e 2m/se) 2 (UFRJ) O gráfico abaixo mostra como variam as velocida-16. des de dois carrinhos que se movem sobre trilhos paralelos. No instante de tempo t = 0s, os dois estavam empare- lhados. A alternativa que indica o instante em que os carrinhos voltam a ficar lado a lado é: 0 v (m/s) 2 4 t (s) 1 1 3 3 12 1sa) 2sb) 3sc) 4sd) 5se) (Fuvest) O gráfico indica a velocidade escalar de um17. animal de corrida desde o instante de partida (t = 0) até a chegada final (t = 100s). As acelerações escalares nos trechos I e III são iguais. A velocidade escalar no trecho II é constante (6,0m/s). 0 v (m/s) 20 t (s) 60 80 100 6,0 40 I II III Qual é a velocidade escalar no instante de chegada?a) Qual é a distância total percorrida?b) (Unesp) No diagrama está representada a posição18. em função do tempo (parábola), de um móvel que se desloca ao longo do eixo x. 0 x (m) 2,0 t (s) 10 4,0 8,06,0 Determine: A velocidade escalar inicial e a aceleração escalar.a) A velocidade escalar no instante t = 6,0s.b) A função x = f(t).c) A distância percorrida entre os instantes 0 e 8,0s.d) (Fuvest) Um metrô parte de uma estação com acele-19. ração uniforme, até atingir, após 10s, a velocidade de 90km/h, que é mantida durante 30s. Então, desacelera uniformemente durante 10s, até parar na estação se- guinte. Represente graficamente a velocidade em funçãoa) do tempo. Calcule a distância entre as duas estações.b) (Uerj) A distância entre duas estações de metrô é igual a20. 2,52km. Partindo do repouso na primeira estação, um trem deve chegar à segunda estação em um intervalo de tempo de três minutos. O trem acelera com uma taxa constante até atingir sua velocidade máxima no trajeto, igual a 16m/s. Permanece com essa velocidade por um certo tempo. Em seguida, desacelera com a mesma taxa anterior até parar na segunda estação. Calcule a velocidade média do trem, em m/s.a) Esboce o gráfico da velocidade X tempo e calculeb) o tempo gasto para alcançar a velocidade máxima, em segundos. (UFRJ-Biotec) Duas partículas se deslocam ao longo21. de uma mesma trajetória. A figura abaixo representa, em gráfico cartesiano, como suas velocidades variam em função do tempo. 0 v (m/s) 2 t (s) 4 Suponha que no instante em que se iniciaram as observações (t = 0) elas se encontravam na mesma posição. Determineo instante em que elas voltam a se en-a) contrar. Calcule a maior distância entre elas, desde o instan-b) te em que se iniciaram as observações até o instan- te em que voltam a se encontrar. (Enem) Um sistema de radar é programado para registrar22. automaticamente a velocidade de todos os veículos tra- fegando por uma avenida, onde passam em média 300 veículos por hora, sendo 55km/h a máxima velocidade permitida. Um levantamento estatístico dos registros do radar permitiu a elaboração da distribuição percentual de veículos de acordo com sua velocidade aproximada. 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Velocidade (km/h) 5 15 40 30 6 3 1 Ve íc ul os ( % ) 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 A média das velocidades dos veículos que trafegam nessa avenida é de: 35km/ha) 44km/hb) 55km/hc) 76km/hd) 85km/he) Um veículo parte do repouso e acelera uniformemente23. até percorrer 120m, levando o tempo de 2t nesse trecho. A seguir segue durante 4t com velocidade constante e finalmente freia com aceleração escalar constante du- rante 3t, até parar. Determine a distância total percorrida pelo veículo. 13 B1. A2. E3. E4. B5. D6. 7. Ca) Bb) v8. 0=50m/s 9. 50m/sa) 2 1 500m/sb) ∆c) s = 22 500m 10. 2,7sa) 17mb) A11. C12. D13. B14. B15. E16. C17. 2 050m18. 19. 2 250ma) b) 2 250 1 350 s 14 20. aa) I = 80km/h 2; aII = –48km/h 2 9,6kmb) C1. C2. C3. B4. B5. C6. 7. t = 20sa) 10m/sb) 8. – 3,0m/sa) 2 2,4m/sb) 2 9. t = 10sa) db) A = 40m Vc) A = 18m/s; VB = m/s O motorista não consegue evitar passar com o sinal10. fechado; nem acelerando, nem freando. v = 16m/s11. B12. A13. B14. A15. D16. 17. 12m/sa) 600mb) 18. Va) 0 = 5m/s a = –1,25m/s 2 –2,5m/sb) x = 5t –c) 2 t25,1 2 20md) 19. a) b) 1 000m ou 1km 20. 14m/sa) b) t1 = 22,5s 21. t = 4sa) 4mb) B22. 780m23. 15 sae-pre-vestibular-extensivo-fisica-cap-000 sae-pre-vestibular-extensivo-fisica-cap-003
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