Exercicios sobre Leis de Newton

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Centro Universitário de Belo Horizonte – UNI-BH
Instituto de Engenharia e Tecnologia – IET
Professora Cláudia Adriana de Sousa Silva
EXERCÍCIOS E PROBLEMAS
1) Quando foi lançado, o malfadado transatlântico Titanic era o maior objeto móvel jamais construído pelo homem, com uma massa de 6,0 x 107 kg. Qual seria o módulo da força resultante necessária para imprimir ao Titanic uma aceleração de módulo 0,1 m/s2?
2) Um carro de massa 830 kg parte do repouso e atinge a velocidade de 22 m/s após 10s. Admitindo que a aceleração seja uniforme, determine o módulo da força resultante sobre o carro.
3) Quando se dá o saque com uma bola de tênis, ela acelera do repouso até uma velocidade de cerca de 50 m/s. A massa de uma bola de tênis é de cerca de 0,06kg. Estime o modulo da força exercida pela raquete sobre a bola, admitindo que a aceleração seja uniforme por uma distancia de 1m.
4) O peso de um elevador juntamente com os passageiros é 6400 N, e a força de tração no cabo do elevador e 7680 N.
Em que sentido o elevador está se movendo?
Calcule o valor da aceleração do elevador.
5) Um corpo de 5,00 kg colocado em uma mesa horizontal sem atrito é ligado a um cabo que passa por uma roldana, sendo então ligado a um corpo de 10,0 kg dependurado. Encontre a aceleração dos dois corpos e a tensão no cabo.
6) Um carro está andando a 72 Km/h em uma rodovia horizontal. (a) Se o coeficiente de atrito estático entre a pista e os pneus em um dia chuvoso for de 0,100, qual é a distância mínima para o carro parar? (b) Qual é a distância que o carro deverá parar quando a superfície estiver seca e o coeficiente for 0,600?
7) Uma balança na portaria de um prédio indica que o peso de Chiquinho é de 600 newtons. A seguir, outra pesagem é feita na mesma balança, no interior de um elevador, que sobe com aceleração de sentido contrário ao da aceleração da gravidade e módulo a=g/10, em que g=m/s2.
Nessa nova situação, qual será a indicação da balança?
8) Um aluno, depois de estudar a 3ª lei de Newton, colocou para o professor a seguinte questão:
“Se a toda força corresponde uma outra e oposta, elas se anulam e todas os corpos deveriam permanecer em equilíbrio. Como isso não ocorre, Newton estava errado”.
Você concorda com ele? Explique sua posição.
9) O carroceiro ordena (com uma vara) que o burro puxe a corroça. Ele nem se mexe, dizendo:
“Não adianta; se eu fizer uma força na carroça, por maior que seja, ela fará sobre mim uma força igual e oposta, e nós não conseguiremos nos mover”
No entanto, a experiência mostra que isso não é verdade: burro e carroça movem-se no mesmo sentido. Você pode explicar?
10) Um elevador tem massa de 350 kg e a aceleraçao da gravidade no local é g = 9,8 m/s2. Determine a traçao no cabo quando ele: a) sobe com velocidade constante. B) sobe com aceleraçao constante de 3,0 m/s2.
3430N e 4480 N
11) Quer-se projetar um elevador para carregar no máximo 10 pessoas de 80 kg cada. A massa do elevador vazio é de 200 kg. Sabe-se que seu mecanismo de movimentação pode acelerar o conjunto em até 2,0 m/s2. Qual deve ser a resistência mínima T do cabo de aço que sustenta o elevador, para ele não quebrar? Os engenheiros sempre colocam uma margem de segurança nos cálculos. No caso de elevadores, os cabos devem resistir a pelo menos o dobro da tensão exigida para o cabo.
12) Os freios de um carro aplicam uma força nas rodas, fazendo-as diminuir a velocidade. Enquanto elas estão girando livremente, e o carro se deslocando, o ponto de contato das rodas com o solo não tem movimento relativo em relação ao piso. A força de atrito, nesse caso, é a força de atrito estático.
Quando as rodas travam, e o carro ainda está em movimento, os pneus deslizam sobre a pista. Nesse, a força de atrito é a dinâmica.
Como a força do atrito estático máxima é maior que a do dinâmico, é mais eficiente frear o carro de modo que as rodas não deslizem ou travem.
Os sistemas de freio chamados ABS (sistema antibloqueio) são dotados de sensores que evitam o travamento das rodas. Dessa forma, a força de atrito é maximizada, e o carro para mais depressa e em menor espaço. O mesmo ocorre nas arrancadas. O carro que arranca “cantando pneu” está sendo impulsionado pela força de atrito dinâmico, e não é tão eficiente quanto se fosse acelerado de modo a não patinar. CABRAL, F.; LAGO, A. FÍSICA 1, HARBRA.
Um carro a 90 km/h, em pista de paralelepípedos, freia repentinamente, travando as rodas. O coeficiente de atrito dinâmico é μ = 0,5. Calcule o comprimento das marcas dos pneus.
13) Em um filme de ficção cientifica da década de 1950, uma espaçonave se move no vácuo do espaço sideral, longe de qualquer planeta, quando seu motor para de funcionar. Em virtude disso, a espaçonave diminui de velocidade e fica em repouso. Como você aplica a primeira lei de Newton nesse evento? Explique detalhadamente.
14) Você esta dirigindo um Porsche ao longo de um trecho retilíneo de teste com velocidade escalar constante igual a 150 km/h. Você ultrapassa um Volkswagen que se move com velocidade escalar constante igual a 75 km/h. Para qual dos dois carros a força resultante é maior? Explique detalhadamente.
15) Uma garçonete empurra uma garrafa de ketchup de massa igual a 0,45 kg ao longo de um balcão liso e horizontal. Quando a garrafa deixa sua mão, ela possui velocidade de 2,8 m/s, que depois diminui por causa do atrito horizontal constante exercido pela superfície superior do balcão. A garrafa percorre uma distancia de 1,0 m até parar. Determine o módulo, a direção e o sentido da força de atrito que atua na garrafa.
1,8N
16) Um carro de 2,49 x 104 N em movimento ao longo do eixo x pára repentinamente; o componente x da força resultante que atua sobre o carro é 1,83 x 104 N. Qual é a sua aceleração?
7,20 m/s2
17) Uma corda leve está amarrada a um bloco com massa de 4,0 kg, que está em repouso sobre uma superfície horizontal e sem atrito. A corda horizontal passa por uma polia sem atrito e sem massa, e um bloco com massa m está suspenso na outra ponta. Quando os blocos são soltos, a tensão na corda é de 10,0 N. Qual a aceleração de cada bloco? Ache a massa m do bloco suspenso. 2,50 m/s2 1,37kg
18) Um homem empurra um piano de 180 kg, de modo que ele desliza com velocidade constante para baixo de uma rampa inclinada de 11,0° acima da horizontal. Despreze o atrito que atua sobre o piano. Calcule o módulo da força aplicada pelo homem sabendo que esta força é paralela ao plano. 337N
19) Uma cabine de elevador que pesa 27,8 kN move-se para cima. Qual é a tensão no cabo do elevador se a velocidade da cabine é crescente a uma taxa de 1,22 m/s2?
20) Uma caixa de 3,00 kg desliza rampa abaixo em um galpão de carga. A rampa tem 1,0 m de extensão e está inclinada a um ângulo de 30° com a horizontal. A caixa começa do repouso no topo e sofre a ação de uma força de atrito constante de 5,00N. Determine a velocidade da caixa quando ela atinge a base da rampa.
2,54 m/s
21) Um bloco de massa de 6,00 kg inicialmente em repouso é puxado para a direita por uma força horizontal constante com modulo F = 12,0 N. O coeficiente de atrito cinético entre o bloco e a superfície é de 0,150. Encontre a velocidade escalar do bloco após ele ter se deslocado por 3,00 m.
1,78 m/s
22) Uma caixa de 3,00 kg desliza rampa abaixo em um galpão de carga. A rampa tem 1,0 m de extensão e está inclinada a um ângulo de 30° com a horizontal. A caixa começa do repouso no topo e sofre a ação de uma força de atrito constante de 5,00N. Determine a velocidade da caixa quando ela atinge a base da rampa.
2,54 m/s
23) A figura mostra um bloco (o bloco deslizante) de massa M = 3,3 kg. Ele se move livremente, sem atrito, sobre uma fina camada de ar na superfície horizontal de uma mesa. O bloco deslizante está preso a uma corda que passa em volta de uma polia de massa e atrito desprezíveis e tem, na outra extremidade, um segundo bloco (o bloco suspenso) de massa m = 2,1 kg. O bloco suspenso, ao cair, acelera o bloco deslizantepara a direita.
Determine (a) a aceleração do bloco deslizante (b) a aceleração do bloco suspenso e (c) a tensão na corda.
24) Um elevador tem massa de 350 kg e a gravidade local é de 9,8 m/s2. Determine a tração no cabo quando ele: a) se move com velocidade constante. B) sobe com aceleração de 3,0 m/s2 3430N e 4480N
25) Se solta uma criança em um trenó sobre um morro sem atrito inclinado a um ângulo Θ. Determine a aceleração do trenó após ele ser solto.
26) Um funcionário de um estabelecimento comercial coloca uma caixa sobre uma superfície inclinada a 30,0° em relação a horizontal. Se a caixa desliza pelo plano inclinado descendo com uma aceleração de modulo g/3, determine o coeficiente de atrito cinético entre a caixa e a superfície.
27) Um caixote de 68 kg é arrastado sobre um piso, puxado por uma corda presa a ele e inclinada de 15° acima da horizontal. A) Se o coeficiente de atrito estático for igual a 0,50, qual será a intensidade da menor força necessária para que o caixote comece a se mover? B) Se o coeficiente diminuir para 0,35, qual será o módulo da aceleração inicial do caixote? 300 N, 1,3m/s2
28) Um carro de massa 830 kg parte do repouso e atinge a velocidade de 22 m/s após 10s. Admitindo que a aceleração seja uniforme, determine o módulo da força resultante sobre o carro.
29) Se o coeficiente de atrito entre os pneus e uma estrada for 0,5, qual a distancia mínima em que pode ser freado um carro que viaja a 72 km/h.
30) A massa de um elevador carregado é de 800 kg. Achar a tensao T no cabo quando o elevador, originalmente descendo com uma velocidade de 10 m/s, é levado ao repouso, com aceleraçao constante na distancia de 25m.
T = 9440N
31) Um bloco de 5 kg de massa repousa sobre uma superficie horizontal e é ligado por uma corda que passa por uma roldana leve e sem atrito, a outro bloco tambem de 5 kg pendurado a referida corda. O coeficiente de atrito cinético entre o bloco e a superficie horizontal é 0,50. Determinar:
a) a traçao na corda
b) a aceleraçao de cada bloco
32) Um elevador com massa igual a 2000 kg sobe com uma aceleração de 1 m/s2. Qual a tensão no cabo de sustentação?
33) Um passarinho de massa m = 26 g está pousado no meio de um fio esticado. (a) Mostre que a tensão no fio é dada por T mg / 2sen. (b) Determine a tensão quando θ = 5°. Admita que cada metade do fio se mantenha reta.
Resp. (b) 1,5 N.
34) Um bloco de massa m1 = 250 g esta sobre um plano inclinado de um ângulo θ = 30° com a horizontal. O coeficiente de atrito cinético entre o bloco e o plano é 0,100. O bloco está amarrado a um segundo bloco de massa m2 = 200 g que pende livremente de um cordão que passa por uma polia sem massa e sem atrito. Depois que o segundo bloco caiu 30,0 cm, qual é a sua velocidade?
35) Um bloco de 5 kg desliza em um plano inclinado de 30° em relação à horizontal. Achar a aceleração do bloco:
a) se o plano não tiver atrito;
b) se o coeficiente de atrito cinético for 0,2.