Exercicio1_FIS011_1_2014

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Universidade Federal de Itajubá
FIS011 – Fundamentos de Física
Primeiro Exercício
Responda as questões abaixo.
1) Um assunto muito importante em física são as Leis de Conservação, entre elas temos o da “conservação do momento linear”. Responda as perguntas abaixo sem recorrer a qualquer literatura sobre o assunto. Não se esqueça que estamos interessados em verificar o que sabemos sobre este assunto. Não estamos interessados no que os livros dizem sobre ele.
a) O que significa uma lei de conservação?
b) O que significa o momento linear?
c) Quando o momento linear se conserva?
d) É possível ocorrer a conservação do momento linear no mundo real? Explique?
2) Para dividir um tronco de lenha usando um martelo e uma cunha, um martelo pesado é mais eficiente do que um martelo leve? Por quê? 
3) Quando um caminhão grande e pesado colide com um automóvel. É mais provável que os ocupantes do automóvel se machuquem mais do que os ocupantes do caminhão. Por quê?
4) Uma senhora segurando uma pedra grande está em pé sobre uma camada de gelo horizontal sem atrito. Ela lança a pedra com uma velocidade v0 formando um ângulo θ acima da horizontal. Considere o sistema constituído pela mulher juntamente com a pedra. Existe conservação do momento linear do sistema? Por que sim ou por que não? Nenhum componente do momento linear do sistema é conservado? Novamente, por que sim ou por que não? 
5) Uma força resultante de 4 N atua durante 0,25 s sobre um corpo que estava inicialmente em repouso fazendo-o atingir uma velocidade final igual a 5 m/s. Como uma força resultante de 2 N poderia produzir a mesma velocidade final?
6) Uma metralhadora dispara sobre uma placa de aço. A força média oriunda do impacto da bala quando a bala é refletida é maior ou menor do que a força quando a bala se amassa e fica colada na placa? Explique. 
7) Se os módulos das quantidades de movimento de dois corpos são iguais, necessariamente eles possuem:
a) mesma massa.
b) velocidade de mesmo módulo.
c) módulos das velocidades proporcionais às suas massas.
d) mesma massa e velocidades de mesmo módulo.
e) módulos das velocidades inversamente proporcionais às suas massas. 
8) Um carrinho de massa igual a 5 kg desloca-se numa linha reta. Num dado instante sua velocidade vale 10 m/s, a partir do qual se aplica uma força constante igual a 20 N, no mesmo sentido da velocidade. Determine: a) O valor do impulso aplicado pela força, após um intervalo de 15 s; b) O módulo da velocidade da partícula após o referido intervalo de tempo. 
9) Imediatamente após uma tacada uma bola, que repousava sobre uma superfície retilínea, sai com uma velocidade de 30 m/s. Se a massa da bola vale 300 g e o tempo de contato entre o taco e a bola vale 2,5 x 10-2s, qual é a intensidade da força média aplicado pelo taco na bola? 
10) Dois patinadores inicialmente em repouso, um de 36 kg e outro de 48 kg, se empurram mutuamente para trás. O patinador de 48 kg sai com velocidade 
de 18 km/h. Qual é a velocidade do patinador de 36 kg? 
11) O airbag de um automóvel exerce o mesmo impulso sobre o motorista que o volante ou o painel, mas aplica uma força menor e menos lesiva por um tempo maior. Certo? Errado? Justifique.
12) Quando a soma vetorial das forças externas que atuam sobre um sistema é igual a zero, o momento linear total do sistema permanece constante. Certo? Errado? Justifique.
13) Eram utilizados os punhos sem luvas em lutas de boxe do século XIX. No boxe moderno os lutadores utilizam luvas acolchoadas. De que forma isso protege melhor o cérebro do boxeador de sofrer danos? 
14) Suponha que você tenha de escolher agarrar uma bola de 0.5 kg que desloca-se com uma velocidade de 4 m/s ou uma bola de 0,1 kg com v = 20 m/s. Qual das duas bolas seria mais fácil agarrar?
15) Uma nave espacial sem propulsão move se por inércia (força resultante nula) em uma região do espaço. Dois astronautas, A e B, que saíram da nave, executaram manobras incorretas e ficaram na infeliz situação indicada na figura:
a) As velocidades dos astronautas A e B, indicadas na figura, são relativas à nave e a massa de cada um é 80 kg. O astronauta A está levando uma ferramenta de 2 kg e a lança em direção a B com velocidade de 7,0 m/s. Desprezando as forças gravitacionais entre as partes do sistema, responda: o astronauta A se salvará? Justifique numericamente.
b) O astronauta B, num ato de última esperança, pega a ferramenta lançada por A e tenta o mesmo artifício para tentar se salvar. Porém, num ato de desespero, lança a ferramenta a 16 m/s no sentido de seu movimento. Responda: Ele se salvará? Justifique sua resposta numericamente. ( R: a e b: sim com vel. de 0,025 m/s)
16) A imagem abaixo mostra a explosão do ônibus espacial Challenger (foi destruída numa explosão pouco mais de um minuto após seu lançamento, em 28 de janeiro de 1986, levando consigo a tripulação de sete astronautas, entre eles a professora Sharon Christa McAuliffe, escolhida em um concurso nos EUA e que viria a ser a primeira "pessoa comum" a ir ao espaço). É possível explicar a figura utilizando o princípio da conservação do momento linear? Explique 
17) Na prova de resistência do pára-choques de um novo carro, o veículo, de 2.300 kg e a 15 m/s, colide com o parapeito de uma ponte, sendo parado em 0,54 s. Determine a força média que atuou no carro durante o impacto. F = - 6,4 x 104 N
18) Uma bola de massa m e velocidade v bate perpendicularmente em uma parede e recua sem perder velocidade. (a) O tempo de colisão é Δt; qual a força média exercida pela bola na parede? (b) Avalie numericamente essa força média no caso de uma bola de borracha de massa de 140 g à velocidade de 7,8 m/s, sendo de 3,9 ms a duração do choque. B) F = 5,6 x 102 N
19) Uma partícula de massa m executa movimento circular uniforme com velocidade angular ω e o raio da trajetória é r. Calcule a variação de seu momento linear quando ela percorre um deslocamento angular igual a π/2. Escolha eixos de coordenadas para expressar o resultado. Repita o problema para um deslocamento angular de π/3.
20) Um jovem de massa 60 kg patina sobre uma superfície horizontal de gelo segurando uma pedra de 2,0kg. Desloca-se em linha reta, mantendo uma velocidade com módulo de 3,0m/s. Em certo momento, atira a pedra para frente, na mesma direção e sentido do seu deslocamento, com módulo de velocidade de 9,0m/s em relação ao solo. Desprezando-se a influência da resistência do ar sobre o sistema patinador-pedra, qual é a velocidade do patinador em relação ao solo, logo após o lançamento? V = 2,8 m/s
21) Dois veículos têm, num certo instante, quantidades de movimento de mesma intensidade. As massas dos veículos são 1,1 e 2,7 toneladas. Se o veículo de menor massa tem velocidade de 14m/s, qual é a velocidade do outro veículo? ( resp.: 5,7m/s)
22) Um corpo de 0,5kg move-se em circunferência com velocidade escalar constante de 2m/s. Qual a intensidade do impulso sofrido pelo corpo no intervalo de tempo correspondente ao percurso de 1/4 da circunferência? (resp.: 1,4N.)
23) Um corpo de 5 kg move-se, em trajetória retilínea, a partir do repouso sob a ação de uma força que varia com o tempo segundo o diagrama abaixo:
Determine:
a) a velocidade escalar em t = 5 segundos (resp: 25 m/s);
b) a variação da quantidade de movimento entre 0 e 5 s (resp:125 kg.m/s).
c) o módulo do impulso médio da força que atuou durante os primeiros 5 segundos (resp: 125 N.s).
24) Atua em um corpo de 4 kg uma força constante como é mostrado abaixo. Em t = 0 ele parte do repouso da origem dos espaços e move-se em linha reta.
Determine:
a) o impulso médio da força que atuou durante os primeiros 5 segundos (resp: 100 N.s);
b) a variaçao do momento linear neste referido intervalo de tempo (resp: 100 kg.m/s);
c) a velocidade escalar em t = 4 segundos (resp: 20 m/s);
d) a aceleração adquirida (resp: 5m/s2).
e) a distância percorrida nos primeiros 5 segundos (resp: 62,5 m)
25) Um artefato feito de material explosivo de massa m é lançado do solo com velocidade de 200m/s em uma direção que forma um ângulo de 60º com a horizontal. Quando ele atinge o ponto de altura máxima explode em dois fragmentos A e B. Considere que o fragmento A tem velocidade nula no momento da explosão. Desprezando a resistência do ar, discuta esse problema propondo soluções para diversos casos.
26) Um barco a vela pode ser propulsionado por um ventilador solidário ao barco que sopra em sua vela? Veja o vídeo abaixo.
http://www.youtube.com/watch?v=WrIVNownXfE