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Extensivo 2021 – Lista 7 de Física 1 – Aulas: 15 e 16. Edu Leite 1 1. (Acafe) Um carrinho de brinquedo descreve um círculo, no sentido anti-horário, com velocidade de módulo constante. A figura que representa corretamente os vetores velocidade e aceleração é a: a) Figura (c) b) Figura (b) c) Figura (a) d) Figura (d) 2. (Enem digital) No Autódromo de Interlagos, um carro de Fórmula 1 realiza a curva S do Senna numa trajetória curvilínea. Enquanto percorre esse trecho, o velocímetro do carro indica velocidade constante. Quais são a direção e o sentido da aceleração do carro? a) Radial, apontada para fora da curva. b) Radial, apontada para dentro da curva. c) Aceleração nula, portanto, sem direção nem sentido. d) Tangencial, apontada no sentido da velocidade do carro. e) Tangencial, apontada no sentido contrário à velocidade do carro. 3. (Fac. Pequeno Príncipe - Medici) Um relógio de parede em perfeito funcionamento possui um ponteiro dos segundos cujo comprimento é de Exatamente ao meio-dia, um inseto que estava parado na extremidade do ponteiro começa a caminhar sobre ele no sentido do centro do relógio, com uma velocidade de módulo constante igual a relativa ao ponteiro. É CORRETO afirmar que, para o intervalo de tempo de segundos medidos após a partida do inseto, seu deslocamento vetorial foi, em módulo, igual a a) b) c) d) e) 4. (Insper) Existem cidades no mundo cujo traçado visto de cima assemelha-se a um tabuleiro de xadrez. Considere um ciclista trafegando por uma dessas cidades, percorrendo, inicialmente, no sentido leste, seguindo por mais no sentido norte. A seguir, ele passa a se movimentar no sentido leste, percorrendo, novamente, e finalizando com mais no sentido norte. Todo esse percurso é realizado em minutos. A relação percentual entre o módulo da velocidade vetorial média desenvolvida pelo ciclista e a respectiva velocidade escalar média deve ter sido mais próxima de a) b) c) d) e) 1-separar os blocos; 2- marcar TODAS as forças em cada bloco; 3- analisar a resultante em cada bloco; 4-resolver o sistema de equações; 5- calcular a ACELERAÇÃO A partir dela, praticamente todas as perguntas podem ser respondidas. Barco atravessando o rio de largura L em tempo mínimo na distância mínima 𝑽𝑩/𝑻𝟐 = 𝑽𝑩/𝑨𝟐 + 𝑽𝑨/𝑻𝟐 𝑽𝑩/𝑨𝟐 = 𝑽𝑩/𝑻𝟐 + 𝑽𝑨/𝑻𝟐 𝑡𝑟𝑎𝑣𝑒𝑠𝑠𝑖𝑎 𝑎𝑟𝑟𝑎𝑠𝑡𝑜 (𝑥) 𝑡𝑟𝑎𝑣𝑒𝑠𝑠𝑖𝑎 (𝑠𝑒𝑚 𝑎𝑟𝑟𝑎𝑠𝑡𝑜) 𝑇𝑚𝑖𝑛 = 𝐿 𝒗𝑩/𝑨 𝑥 = 𝒗𝑨/𝑻. 𝑇𝑚𝑖𝑛 ∆𝑠𝑚𝑖𝑛= 𝐿 𝑇𝑡𝑟𝑎𝑣 = 𝐿 𝒗𝑩/𝑻 Barco ao longo do rio Motor ligado Motor desligado Descendo Subindo Descendo 𝑽𝑩/𝑻 = 𝑽𝑩/𝑨 + 𝑽𝑨/𝑻 𝑽𝑩/𝑻 = 𝑽𝑩/𝑨 − 𝑽𝑨/𝑻 𝑽𝑩/𝑻 = 𝑽𝑨/𝑻 Teorema de Roberval 𝑣𝐴/𝐵 = 𝑣𝐴/𝐶+ 𝑣𝐶/𝐵 COMPOSIÇÃO DE MOVIMENTOS Problema do barco no rio Lançamento Oblíquo em plano vertical 1º passo: decomposição da velocidade inicial 𝑣0𝑥 = 𝑣𝑜. 𝑐𝑜𝑠𝜃(const.) e 𝑣0𝑦 = 𝑣𝑜. 𝑠𝑒𝑛𝜃 2º passo: movimento de subida vertical (a = - g) 0 = 𝑣𝑜 − 𝑔. 𝑡 → 𝑡𝑆 = 𝑣0 𝑔 0 = 𝑣02 − 2. 𝑔. 𝐻 → 𝐻𝑀 = 𝑣0.2 𝑠𝑒𝑛2𝜃 2.𝑔 3º passo: movimento horizontal 𝑣0𝑋 = 𝐴 𝑇𝑣𝑜𝑜 → 𝐴 = 𝑣02. 𝑠𝑒𝑛2𝜃 𝑔 Obs: Use g < 0 𝑇𝑣𝑜𝑜 = 2. 𝑡𝑆 Lançamento oblíquo em ângulos complementares Lançamento em ângulos diferentes, mesma altura NOTE: 𝐻𝐴 = 𝐻𝐵 → 𝑡𝐴 = 𝑡𝐵 (mesmo tempo de voo) NOTE: O alcance horizontal é o mesmo quando os ângulos de lançamento são complementares. A – água; B – barco; T - terra Velocidade relativa 𝑣𝐴/𝐵 = 𝑣𝐴/𝐶 − 𝑣𝐵/𝐶 unidimensional 𝑣𝐴𝐵 = 𝑣𝐴 + 𝑣𝐵𝑣𝐴 𝑣𝐴 𝑣𝐵 𝑣𝐵 𝑣𝐴𝐵 = 𝑣𝐴 − 𝑣𝐵 𝑣𝐴𝐵 2 = 𝑣𝐴2 + 𝑣𝐵2 DINÂMICA I LEIS DE NEWTON Tipos de forças Contato: 𝑇,𝑁, Ԧ𝐴, 𝐹𝑒𝑙, 𝐹𝑎𝑟, 𝐸 Campo: 𝑃 1ª Lei: Princípio da Inércia 3ª Lei: Princípio da Ação – Reação 2ª Lei: Princípio Fundamental 𝐹𝑅 = 0 → Ԧ𝑣 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 REPOUSO M.R.U. 𝐹𝑅 ≠ 0 → Ԧ𝑣 ≠ 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝐹𝑅 = 𝑚. Ԧ𝑎 Sempre pares de forças Sempre forças de mesma natureza Sempre forças em corpos diferentes Sempre forças de mesma direção e sentidos opostos NUNCA se equilibram ou se neutralizam 𝐹𝑅 = 𝑘𝑔.𝑚 𝑠2 = N 2CINEMÁTICA VETORIAL ∆𝒓 ∆𝒔 ∆𝑠 ≥ |∆Ԧ𝑟| 𝑣𝑚 = ΔԦ𝑟 ∆𝑡 𝛾𝑚 = Δ Ԧ𝑣 ∆𝑡 COMPONENTES DA ACELERAÇÃO VETORIAL 𝒂𝒕 𝒂𝑪𝑷 𝒗 𝜸 𝜸 = 𝒂𝒕 + 𝒂𝑪𝑷 𝜸𝟐 = 𝒂𝒕𝟐 + 𝒂𝑪𝑷𝟐 𝒂𝒕 = 𝚫𝒗 𝚫𝒕𝒂𝑪𝑷 = 𝒗𝟐 𝑹 ANÁLISE DOS MOVIMENTOS MOVIMENTOS at aCP MRU MRUA MRUR MCU MCUA MCUR LEGENDA R Retilíneo C Circular A Acelerado R Retardado Obs.: nos movimentos Acelerados v e at tem mesmo sentido; nos movimentos Retardados, tem sentidos contrários. Problemas de Blocos: algoritmo A B Ԧ𝐹 Forças básicas peso normal tração Direção radial, para o centro da Terra Direção perpendicular à superfície, para fora dela. Direção do fio, sentido de puxar. 𝑃 = 𝑚.𝑔 |N| – depende do contexto |T| - depende do contexto 𝒂𝒕/𝒗 𝒂𝑪𝑷 ⊥ 𝒗 𝑣𝐴𝐵 = 𝑣𝐴 − 𝑣𝐵 bidimensional 𝐴𝑚𝑎𝑥 = 𝑣02 𝑔 (𝜃 = 45°) Velocidade média Aceleração média Deslocamento vetorial 𝒂𝒕- alteração do valor de Ԧ𝑣 (“acelerar” ou “frear”) 𝒂𝑪𝑷- alteração da direção de Ԧ𝑣 (“fazer curvas”) Palavras-chave: CONTATO: “encostar” CAMPO: “aproximar” C – solo (referencial único) 𝑣𝐴 > 𝑣𝐵 𝑷 𝑵 𝑻 Prof. Venê ™ 20 cm. 0,5 cm s, 30 5 cm. 15 cm. 15 cm.π 25 cm. 40 cm.π 2,0 km 3,0 km 1,0 km 3,0 km 18 72%. 74%. 77%. 76%. 70%. 2 5. (Mackenzie) No mês de fevereiro do vigente ano, do dia 7 ao dia 25, na cidade de Pyeongchang na Coreia do Sul, o mundo acompanhou a disputa de atletas, disputando provas de disciplinas esportivas na 23ª edição dos Jogos Olímpicos de Inverno. Praticamente todas as provas ocorreram sob temperaturas negativas, dentre elas, a belíssima patinação artística no gelo, que envolve um par de atletas. A foto acima mostra o italiano Ondrej Hotarek que, em meio à coreografia da prova, crava a ponta de um de seus patins em um ponto e gira a colega Valentina Marchei, cuja ponta de um dos patins desenha no gelo uma circunferência de raio metros. Supondo-se que a velocidade angular de Valentina seja constante e valha e considerando-se pode-se afirmar corretamente que o módulo da velocidade vetorial média da ponta dos patins de Valentina, ao percorrer de um ponto a outro diametralmente oposto da circunferência, vale, em a) b) c) d) e) 6. (Uel) Em uma brincadeira de caça ao tesouro, o mapa diz que para chegar ao local onde a arca de ouro está enterrada, deve-se, primeiramente, dar dez passos na direção norte, depois doze passos para a direção leste, em seguida, sete passos para o sul, e finalmente oito passos para oeste. A partir dessas informações, responda aos itens a seguir. a) Desenhe a trajetória descrita no mapa, usando um diagrama de vetores. b) Se um caçador de tesouro caminhasse em linha reta, desde o ponto de partida até o ponto de chegada, quantos passos ele daria? Justifique sua resposta, apresentando os cálculos envolvidos na resolução deste item. 7. (G1 - ifsul) Uma partícula de certa massa movimenta-se sobre um plano horizontal, realizando meia volta em uma circunferência de raio Considerando a distância percorrida e o módulo do vetor deslocamento são, respectivamente, iguais a: a) e b) e c) e d) e 8. (Uepg) As grandezas coplanares, velocidade e aceleração, relativas a dois movimentos (I e II) estão representadas nas figuras abaixo. A respeito desses movimentos, assinale o que for correto. 01) O movimento I é acelerado e o II é retardado. 02) A aceleração figurada nos movimentos é a aceleração centrípeta. 04) Não é possível afirmar, com base nas figuras, se os movimentos são acelerados ou retardados, pois não foram fornecidos dados suficientes para isso. 08) Os movimentos são curvilíneos e uniformes, pois a aceleração figurada não altera o valor das velocidades.16) Se as acelerações figuradas tivessem a mesma direção das velocidades, o movimento seria retilíneo. 9. (Unicamp) Movimento browniano é o deslocamento aleatório de partículas microscópicas suspensas em um fluido, devido às colisões com moléculas do fluido em agitação térmica. a) A figura abaixo mostra a trajetória de uma partícula em movimento browniano em um líquido após várias colisões. Sabendo-se que os pontos negros correspondem a posições da partícula a cada qual é o módulo da velocidade média desta partícula entre as posições e b) Em um de seus famosos trabalhos, Einstein propôs uma teoria microscópica para explicar o movimento de partículas sujeitas ao movimento browniano. Segundo essa teoria, o valor eficaz do deslocamento de uma partícula em uma dimensão é dado por onde é o tempo em segundos e é o coeficiente de difusão de uma partícula em um determinado fluido, em que é a temperatura absoluta e é o raio da partícula em suspensão. Qual é o deslocamento eficaz de uma partícula de raio neste fluido a após minutos? 2.952 102 15 2,0 6,2 rad s 3,1,π @ m s, 2,0 3,0 5,0 6,0 8,0 5,00 m. 3,14,π = 15,70m 10,00m 31,40m 10,00m 15,70m 15,70m 10,00m 15,70m 30s, A B? I 2D t,= t D kT r= 18 3k 3 10 m sK,-= ´ T r r 3 mµ= T 300K= 10 3 10. (Mackenzie) Um avião, após deslocar-se 120 km para nordeste (NE), desloca-se 160 km para sudeste (SE). Sendo um quarto de hora, o tempo total dessa viagem, o módulo da velocidade vetorial média do avião, nesse tempo, foi de a) 320 km/h b) 480 km/h c) 540 km/h d) 640 km/h e) 800 km/h 11. (Ufrgs) A figura a seguir apresenta, em dois instantes, as velocidades v1 e v2 de um automóvel que, em um plano horizontal, se desloca numa pista circular. Com base nos dados da figura, e sabendo-se que os módulos dessas velocidades são tais que v1>v2 é correto afirmar que a) a componente centrípeta da aceleração é diferente de zero. b) a componente tangencial da aceleração apresenta a mesma direção e o mesmo sentido da velocidade. c) o movimento do automóvel é circular uniforme. d) o movimento do automóvel é uniformemente acelerado. e) os vetores velocidade e aceleração são perpendiculares entre si. 12. (Uesc) Considere um móvel que percorre a metade de uma pista circular de raio igual a 10,0m em 10,0s. Adotando- se como sendo 1,4 e igual a 3, é correto afirmar: a) O espaço percorrido pelo móvel é igual a 60,0m. b) O deslocamento vetorial do móvel tem módulo igual a 10,0m. c) A velocidade vetorial média do móvel tem módulo igual a 2,0m/s. d) O módulo da velocidade escalar média do móvel é igual a 1,5m/s. e) A velocidade vetorial média e a velocidade escalar média do móvel têm a mesma intensidade. 13. (G1 - cftsc) Toda vez que o vetor velocidade sofre alguma variação, significa que existe uma aceleração atuando. Existem a aceleração tangencial ou linear e a aceleração centrípeta. Assinale a alternativa correta que caracteriza cada uma dessas duas acelerações. a) Aceleração tangencial é consequência da variação no módulo do vetor velocidade; aceleração centrípeta é consequência da variação na direção do vetor velocidade. b) Aceleração tangencial é consequência da variação na direção do vetor velocidade; aceleração centrípeta é consequência da variação no módulo do vetor velocidade. c) Aceleração tangencial só aparece no MRUV; aceleração centrípeta só aparece no MCU. d) Aceleração tangencial tem sempre a mesma direção e sentido do vetor velocidade; aceleração centrípeta é sempre perpendicular ao vetor velocidade. e) Aceleração centrípeta tem sempre a mesma direção e sentido do vetor velocidade; aceleração tangencial é sempre perpendicular ao vetor velocidade. 14. (Fatec) Num certo instante, estão representadas a aceleração e a velocidade vetoriais de uma partícula. Os módulos dessas grandezas estão também indicados na figura Dados: sen 60° = 0,87 cos 60° = 0,50 No instante considerado, o módulo da aceleração escalar, em m/s2, e o raio de curvatura, em metros, são, respectivamente, a) 3,5 e 25 b) 2,0 e 2,8 c) 4,0 e 36 d) 2,0 e 29 e) 4,0 e 58 15. (Unesp) Um caminhoneiro efetuou duas entregas de mercadorias e, para isso, seguiu o itinerário indicado pelos vetores deslocamentos d1 e d2 ilustrados na figura. Para a primeira entrega, ele deslocou-se 10 km e para a segunda entrega, percorreu uma distância de 6 km. Ao final da segunda entrega, a distância a que o caminhoneiro se encontra do ponto de partida é a) 4 km. b) 8 km. c) 2 km. d) 8 km. e) 16 km. 2 π 19 3 4 16. (Uerj) A velocidade vetorial média de um carro de Fórmula 1, em uma volta completa do circuito, corresponde a: a) 0 b) 24 c) 191 d) 240 17. (Ufscar) Nos esquemas estão representadas a velocidade e a aceleração do ponto material P. Assinale a alternativa em que o módulo da velocidade desse ponto material permanece constante. 18. (Fei) Uma automóvel realiza uma curva de raio 20 m com velocidade constante de 72 km/h. Qual é a sua aceleração durante a curva? a) 0 m/s2 b) 5 m/s2 c) 10 m/s2 d) 20 m/s2 e) 3,6 m/s2 19. (Uece) A figura a seguir mostra a trajetória da bola lançada pelo goleiro Dida, no tiro de meta. Desprezando o efeito do ar, um estudante afirmou: I. A aceleração vetorial da bola é constante. II. A componente horizontal da velocidade da bola é constante. III. A velocidade da bola no ponto mais alto de sua trajetória é nula. Destas afirmativas, é(são) correta(s) somente: a) I b) II c) I e II d) II e III 20. (Unicamp) A figura a seguir representa um mapa da cidade de Vectoria o qual indica a direção das mãos do tráfego. Devido ao congestionamento, os veículos trafegam com a velocidade média de 18 km/h. Cada quadra desta cidade mede 200 m por 200 m (do centro de uma rua ao centro de outra rua). Uma ambulância localizada em A precisa pegar um doente localizado bem no meio da quadra em B, sem andar na contramão. a) Qual o menor tempo gasto (em minutos) no percurso de A para B? b) Qual é o módulo do vetor velocidade média (em km/h) entre os pontos A e B? v ! a ! 5 Gabarito: Resposta da questão 1: [A] Como se trata de um movimento circular uniforme, o carrinho possui apenas a aceleração centrípeta, e esta aponta para o centro da trajetória circular. Já a velocidade é tangencial ao movimento. Sendo assim, a alternativa [C] é a que melhor representa os vetores pedidos. Resposta da questão 2: [B] Como a velocidade do carro se mantém constante, não há aceleração tangencial. Sendo assim, ele possui apenas a aceleração centrípeta, que é radial e está apontada para dentro da curva. Resposta da questão 3: [D] Calculando o deslocamento do inseto em relação ao ponteiro: A figura representa as posições do inseto nos pontos P e P’ considerados, bem como a trajetória espiralada seguida por ele entre esses pontos. Analisando-a, o módulo do vetorial do inseto é: Resposta da questão 4: [B] Pelo enunciado, temos: Deslocamento vetorial: Módulo da velocidade vetorial: Deslocamento escalar: Velocidade escalar: Logo: Resposta da questão 5: [E] Módulo do deslocamento vetorial ao percorrer de um ponto a outro diametralmente oposto da circunferência: Período do movimento circular: Tempo decorrido durante o movimento: Portanto, o módulo da velocidade vetorial média equivale a: S v t 0,5 30 S 15cm.Δ Δ Δ= = ´ Þ = d 20 5 d 25cm.= + Þ = ! ! 2 2 2 v v d 3 6 d 3 5 km = + = v v v d 3 5v t 18 5v km min 6 Δ = = = e e d 2 3 1 3 d 9 km = + + + = e e e d 9v t 18 1v km min 2 Δ = = = v e v 5 2100% 100% 74% v 6 1 ×= × × @ s 2R 4 mΔ = = !!" 2 2 3,1T T 1s 6,2 π ω × = = Þ = Tt 0,5 s 2 Δ = = 6 Resposta da questão 6: Trajetória descrita em quadrículas, cada uma contendo um passo de distância: a) Os vetores pretos representam os passos dados nas direções sugeridas, sendo o ponto de partida à esquerda do diagrama, sendo passos no sentido norte, doze no sentido leste, sete para o sul e oito para oeste. b) Em linha reta do ponto de partida até o ponto de chegada está representado no diagrama com a cor vermelha e representa a soma vetorial de todos os passos dados e representados em preto, ou seja, o vetor resultante. O seu cálculo é realizado usando o teorema de Pitágoras entre o início e o final do trajeto: Resposta da questão 7: [A] A distância percorrida corresponde ao comprimento de meia volta. O módulo do vetor deslocamento corresponde ao comprimento da seta ligando os pontos inicial e final, ou seja, o próprio diâmetro. Resposta da questão 8: 01 + 16 = 17. [01] Verdadeiro. Projetando o vetor aceleraēćo sobre o vetor velocidade, no caso I, e tźm o mesmo sentido e no caso II, sentidos contrįrios. Logo, tźm-se respectivamente movimentos acelerado e retardado. [02] Falso. A aceleraēćo centrķpeta é apenas a componente da aceleraēćo na direēćo que passa pelo centro do cķrculo da trajetória, sendo perpendicular ą velocidade tangencial. [04] Falso. De acordo com o primeiro item, podemos perceber que tal determinaēćo é sim possķvel. [08] Falso. De acordo com o primeiro item, os movimentos nćo sćo uniformes. [16] Verdadeiro. Caso e estivessem alinhadas, a forēa resultante sobre o objeto também estaria alinhada com a velocidade, nćo desviando portanto a sua trajetória. Resposta da questão 9: a) Como não foi especificado velocidade escalar média, trata-se de velocidade vetorial média, pois velocidade é uma grandeza vetorial. A figura mostra o deslocamento vetorial entre os pontos A e B. O módulo desse deslocamento é: Na figura dada, contamos 10 deslocamentos sucessivos entre A e B. Assim: Então: b) Dados: Combinando as expressões dadas e substituindo os valores, vem: Resposta da questão 10: [E] Dados: d1 = 120 km; d2 = 160 km; Dt =1/4 h. m m s 4v t 0,5 v 8 m s Δ Δ = = \ = !!" !!!" !!!" 10 2 2R 4 3 R 5 passos.= + \ = (d) d R 3,14 5 d 15,70m.π= = ´ Þ = ( )| r |! | r | D 2R 2 5 | r | 10,00m.= = = ´ Þ = ! ! a ! v ! a ! v ! (d) ! (d) 2 2 2 6d 40 30 d 50 m 50 10 m.µ -= + Þ = = ´ t 10 30 t 300 s.Δ Δ= × Þ = 6 7 m m d 50 10v v 1,67 10 m/s. t 300Δ - -´= = Þ @ ´ ! ! I 2D t;= D kT r;= 18 3k 3 10 m sK;-= ´ 6r 3 m 3 10 m;µ -= = ´ T 300 K;= t 10 min 600 s.Δ = = 18 4 6 k T 3 10 300I 2 t I 2 600 I 6 10 m. r 3 10 - - - ´ ´ = Þ = ´ Þ = ´ ´ 7 A figura ilustra os dois deslocamentos e o deslocamento resultante. Aplicando Pitágoras: O módulo da velocidade vetorial média é: Resposta da questão 11: [A] Todo movimento circular contém uma componente centrípeta voltada para o centro da circunferência de módulo não nulo. Resposta da questão 12: [C] A figura mostra os deslocamentos escalar e vetorial em meia volta. ® ® Resposta da questão 13: [A] A componente centrípeta da aceleração ou aceleração centrípeta surge quando há variação no módulo do vetor velocidade e a componente centrípeta surge quando há variação na direção do vetor velocidade. Resposta da questão 14: [D] Resposta da questão 15: [C] A figura mostra o deslocamento vetorial do caminhão. Uma forma imediata de solucionar a questão é utilizar a Lei dos Cossenos. Resposta da questão 16: [A] Resposta da questão 17: [C] Resposta da questão 18: [D] Resposta da questão 19: [C] I) Correta. A aceleração é sempre a gravidade. II) Correta. Não há aceleração horizontal III) Errada. A velocidade no ponto mais alto é igual à componente horizontal da velocidade. Resposta da questão 20: a) 3 min. b) 10,0 km/h. 2 2 2 2 2 2 1 2d d d d 120 160 14.400 25.600 40.000 d 40.000 d 200 km. = + Þ = + = + = Þ = Þ = ( )m m d 200v 200 4 1t 4 v 800 km / h. = = Þ Þ D = ! ! m30RS =p=D s/m0,3 10 30 t SVm ==D D = m20R2r ==D ! s/m0,2 10 20 t r Vm ==D D = ! " 2 2 2r 10 6 2 10 6 cos60 100 36 60 76D = + - ´ ´ ´ = + - = !!" r 2 19kmD = !!"