AP1 FÍSICA 1A 2023 2

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Primeira Avaliação Presencial de Física 1A - 2023/2
16 de setembro de 2023
Código da disciplina: EAD16058
Nome:
Matrícula:
Polo:
Observações:
• Para cada folha de respostas que utilizar, antes de começar a resolver as questões, preencha conforme
modelo abaixo (pintando os respectivos espaços na parte superior da folha) o número do CPF ou o número
da Matrícula, o código da disciplina (indicado acima em negrito) e o número da folha.
PADRÃO DE PREENCHIMENTO NA FOLHA DE RESPOSTAS:
• Preencha o número total de folhas somente quando for entregar a prova!
• Identifique a Prova e as Folhas de respostas, colocando Nome, Matrícula e Polo.
• É expressamente proibido o uso de qualquer instrumento que sirva para cálculo ou consulta.
• Devolver esta prova e as Folhas de Respostas ao aplicador.
• Somente utilize caneta esferográfica azul ou preta para registro das resoluções nas Folhas de Respostas.
• As Folhas de Respostas serão o único material considerado para correção. Quaisquer anotações feitas fora
deste espaço, mesmo que em folha de rascunho, serão ignoradas.
• Não amasse, dobre ou rasure as Folhas de Respostas, pois isto pode inviabilizar a digitalização e a correção.
• Nas questões em que for necessário, considere que g é o módulo da aceleração da gravidade (g = 10 m/s2).
• Considere a resistência do ar como desprezível, a menos que o problema indique o contrário.
• Todas as respostas devem ser dadas em termos dos dados fornecidos.
• Todas as respostas devem ser justificadas.
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1. [2,5 pontos] Um carro de corrida percorre uma pista circular cuja superfície faz um ângulo de inclinação θ
com a direção horizontal, conforme representado na figura 1. Sabendo que o carro descreve uma trajetória
circular de raio R e que o coeficiente de atrito estático entre os pneus e a pista é µ, faça o quê é solicitado
nos itens abaixo. Considere que o valor da aceleração da gravidade é g e que o carro possa ser considerado
como uma partícula; use o sistema de coordenadas indicado na figura.
Questão Sugerida - CEDERJ - Física 1A - 2023/2
- AP1
Questão 1
Um carro de corrida percorre uma pista circular com raio de curvatura R e
ângulo de inclinação ✓, conforme representado na Figura 1. A aceleração da gra-
vidade no local é g. Utilizando o sistema de coordenadas indicado e considerando
o carro como uma partícula, execute os itens abaixo.
Figura 1:
a) Represente o diagrama de forças que atuam sobre o carro;
b) Seja µ o coeficiente de atrito estático entre os pneus e a pista. Calcule a
velocidade máxima que o carro pode atingir sem derrapar;
c) Suponha que quando chove o atrito entre os pneus e a pista se torne despre-
zível. Nessa situação, calcule a velocidade máxima que o carro pode atingir
sem derrapar;
d) Sejam E e Ec as energias cinéticas máximas que o carro pode ter com e sem
chuva, respectivamente, sem derrapar. A razão entre elas depende de apenas
duas variáveis do problema. Determine quais.
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Figura 1
(a) Represente o diagrama de forças que atuam sobre o carro.
(b) Calcule a velocidade máxima que o carro pode atingir antes de derrapar.
(c) Suponha que quando chove o atrito entre os pneus e a pista se torne desprezível. Nessa situação,
calcule a velocidade máxima que o carro pode atingir sem derrapar.
(d) Sejam EC e E as energias cinéticas máximas que o carro pode ter com e sem chuva, respectivamente.
Calcule a razão entre essas energias.
2. [2,0 pontos] A figura abaixo mostra o gráfico da energia potencial gravitacional em função da distância
horizontal para um carrinho que se desloca numa montanha-russa entre os pontos x = 0 m e x = 12 m.
Figura 2
Sabe-se que em x = 2 m, a energia cinética é igual a 2 J, e que entre as posições x = 0 m e x = 7 m o
carrinho se desloca sem atrito. Desprezando a resistência do ar, determine:
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(a) a energia mecânica total do carrinho;
(b) as energias cinética e potencial do carrinho na posição x = 7 m;
(c) o módulo da força de atrito que deve atuar no carrinho, a partir da posição x = 7 m, para levá-lo ao
repouso em x = 12 m.
3. [3,0 pontos] Uma pedra é largada de um balão que se desloca horizontalmente com uma velocidade −→vB em
relação à Terra. A pedra cai de uma altura h e considere o módulo da aceleração da gravidade como g.
(a) Qual a aceleração da pedra em relação ao balão?
(b) Quais as equações de movimento da pedra para um observador no balão? Faça uma figura com um
esboço da trajetória da pedra para este observador.
(c) Quais as equações de movimento da pedra para um observador na Terra? Faça uma figura com um
esboço da trajetória da pedra para este observador.
(d) Se a pedra leva 3 s para cair e atinge o solo com uma velocidade que faz um ângulo de 60o com a
horizontal, quais são, para o observador da Terra, a velocidade inicial da pedra, a altura da qual ela
caiu, a distância horizontal percorrida pela pedra e a velocidade com que a pedra atinge o solo?
4. [2,5 pontos] Um carro de corridas percorre em sentido anti-horário uma pista circular com 2 km de diâmetro,
inicialmente a uma velocidade constante de 80 km/h. Ao passar pela extremidade sul da pista, no instante
t = 0, o piloto passa a acelerar uniformemente, atingindo 160 km/h em 10 s.
(a) Faça um diagrama da pista e desenhe os vetores velocidade e aceleração ANTES do carro passar pela
extremidade sul.
(b) Faça um diagrama da pista e desenhe os vetores velocidade e aceleração DEPOIS do carro passar
pela extremidade sul.
(c) Que distância o carro percorreu na pista entre t = 0 s e t = 2 s?
(d) Determine o vetor aceleração média do carro entre t = 0 s e t = 10 s.
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