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Gabarito Comentado Prof Renato Brito Gabarito Comentado Exercícios de Casa Simétrico Pré-Universitário – Há 23 anos ensinando com excelência os estudantes cearenses – www.simétrico.com.br Capítulo 1 - Vetores 1) a) 2 , b) 2 , c) 4, d) 2 2) D 3) B 4) C 5) a) 3a, b) 2a, c) nula 6) B 7) B 8) é só decompor , s = 16, d = 12 9) B 10) a) 2, b) 2 3 , c) nulo, d) 2 2 11) a) 5 b) 13 12) a) N = P. cos = 160N b) Fat = P. sen = 120N 13) 60° 14) a) 5 , b) 6 15) a) 5 , b) 6 16) 5 m/s 17) b) 10, c) 10 2 18) a) 5 , b) 5, c) 5 19) D 20) D 21) B Capítulo 2 - De Aristóteles A Galileu - Gostaria de assistir a essa aula novamente na íntegra ? Acesse o nosso site www.fisicaju.com.br/resolucoes 1) a) equilíbrio b) MRU, equilíbrio c) não equilíbrio d) equilíbrio e) não equilíbrio f) MRU, equilíbrio g) actp, não equilíbrio h) não equilíbrio i) força peso, não equilíbrio j) actp, não equilíbrio k) velocidade escalar constante significa |v| = constante mas, e quanto à direção da velocidade ? Não temos certeza se é um MRU ou não. Falso. l) uniforme e retilíneo ? ou curvilíneo ? Nada se pode afirmar m) MRU ou não ? Falso. n) equilíbrio o) MRU, equilíbrio. 2) Não, visto que a velocidade (grandeza vetorial) não é constante durante o movimento. Afinal, a direção da velocidade está sempre variando durante qualquer movimento não retilíneo e toda variação de velocidade implica uma aceleração. A aceleração centrípeta (grandeza vetorial) também varia durante todo o MCU, visto que sua direção vai se adaptando, em cada ponto da trajetória, de forma a sempre apontar para o centro da curva. 3) Durante a oscilação do pêndulo, ele nunca estará em equilíbrio, pois a resultante entre as duas únicas forças que agem sobre o corpo ( a tração T e o peso P) nunca será nula. Afinal, em nenhum momento essas forças terão a mesma direção, o mesmo valor e sentidos contrários. Mesmo no ponto mais baixo da oscilação, onde elas têm a mesma direção e sentidos contrários, tem-se T > P, já que a resultante delas é centrípeta naquele ponto. Para estar em repouso, sua velocidade precisa ser nula, o que ocorre nos dois extremos da oscilação. Nesses pontos, o corpo encontra-se momentaneamente em repouso (V=0), embora não esteja em equilíbrio ( FR 0). 4) a) Não, pois trata-se de um repouso apenas momentâneo, a caixa parou apenas para inverter o sentido do movimento, portanto ela não está em equilíbrio. b) sim, ela está momentaneamente em repouso. c) Nesse instante, a força resultante na caixa aponta para cima FR (para que ela volte a subir após parar), portanto temos Fel > P . c) A caixa não tem velocidade (v=0) visto que está parada, mas tem aceleração a para cima, aceleração essa causada pela força resultante FR que aponta para cima. 5) a) sim, o MRU é um dos dois possíveis estados de equilíbrio. b) FR = 0, a caixa move-se em equilíbrio portanto Fat = P.sen = 20 N, adicionalmente tem-se N = P.cos. 6) E 7) a) Não, pois no MCU a direção da velocidade varia durante o movimento, portanto, a velocidade (grandeza vetorial) da criança não é constante. b) sim, visto que se trata de um movimento uniforme. c) Não, visto que a velocidade da criança não é constante. A criança está sujeita a uma força resultante centrípeta responsável pela variação da direção da velocidade em cada instante. 8) Apenas os casos a, b, d, h. 9) a) sim, como por exemplo um corpo em MRU. b) sim, um corpo em repouso momentâneo, como a caixa da questão 4. c) sim, é o caso do repouso permanente experimentado pelo aparelho de ar-condicionado da sua sala de aula. 10) E 11) a) Aristóteles desconhece a inércia. Para ele, a pedra cai verticalmente em relação à terra, à medida que o navio continua se movendo para frente, caindo portanto atrás do mastro. b) Galileu conhece a inércia. Para ele, navio e pedra prosseguem se movendo juntos para a frente horizontalmente para a frente, à medida que a pedra também vai caindo vertical e, portanto, cai no pé do mastro. c) conceito de inércia. 12) A – lei da inércia. A pedra e o carro compartilham a mesma Vx em relação à Terra, por isso, nenhum deles ultrapassa o outro. A pedra cai no mesmo ponto sobre o carro. Pergunta 1: (letra B) nesse caso, a velocidade Vx da caminhote acelerada iria aumentando, mas a Vx da pedra permaneceria constante. A caminhonete acelerada iria deixando a pedra para trás. A pedra iria alcançar a pedra, iria cair atrás dela. Pergunta 2: (letra C) agora seria o contrario. Com o carro freiando, a pedra acabaria era ultrapassando o carro e cairia à frente dele. 13) D 14) a) Somente uma, a força peso; b) A aceleração em cada instante será a da gravidade a = g vertical e para baixo; c) A bola está indo para onde aponta o vetor velocidade, ou seja, para a direita. 15) a) F b) V c) F d)V e) V f) F g) V 16) Resposta da pergunta conceitual: nula, portanto, letra D, viu, Aristóleles ? Não haverá força de atrito entre os blocos, visto que não há tendência de escorregamento relativo entre eles. Os blocos já estão se movendo com a mesma Física Simétrico Pré-Universitário – Há 23 anos ensinando com excelência os estudantes cearenses – www.simétrico.com.br 406 velocidade V em relação à terra e, portanto, estão parados entre si, se movem por inércia. MRU é um movimento que se mantém mesmo na ausência de forças. Só haveria atrito se A estivesse acelerada. Adicionalmente, lembre-se que velocidade não é força. 17) Letra A, é zero. Veja a questão anterior. Os blocos se movem juntos por inércia. Nenhum deles tende a escorregar em relação ao outro, ou seja, nenhum deles tende a escorregar em relação ao outro já que nenhum deles está acelerado nem retardado. A força de atrito só atua entre esses dois blocos se eles estiverem se movendo acelerados ou retardados. É pegadinha mesmo a questão, mas com o tempo você vai se acostumar a esse tipo de questão, não tenha medo . Estudaremos ainda muito sobre a força de atrito daqui a dois meses. Vai dar tudo certo, aguarde ! 18) Esquerda (v), retardado (a), direita (FR), aceleração, direita, maior 19) Direita (v), acelerado (a), direita (FR), aceleração, direita, maior 20) a) incompatível, pois FR pra direita implica aceleração pra direita b) compatível c) compatível d) FR = 0, o corpo pode estar em MRU sim – compatível e) incompatível, o corpo está se movendo para aponta a sua velocidade, ou seja, para a direita. f) compatível – o corpo está indo para a direita embora esteja retardando 21) a) V b) F c) F d) V e) V f) V g) V h) F i) F j) V k) F l) F m) V 22) a) V b) V c) NPA d) NPA e) F f) V g) V h) F i) F j) V k) V l) V m) V n) F o) V 23) D, equilíbrio pois as massas são iguais, nenhum blocos tende a acelerar nem para cima nem para baixo, aceleração nula, força resultante nula ( T = m.g). Os blocos podem estar parados ou em MRU. A letra C não tem nada a ver. Em qualquer posição que os blocos forem abandonados em repouso, eles permanecerão em repouso, visto que teremos T = m.g em qualquer um deles, em qualquer posição. 24) Como MA > MB, A tem aceleração para baixo, B tem aceleração para cima, ainda que nada se possa afirmar sobre suas velocidades. O peso do bloco A certamente é maior que a tração no fio 1, visto que A tem aceleração para baixo. Isso independe de A estar subindo V ou descendo V , resposta Letra E 25) a) F b) V c) F d) F e) Ff) F g) V h) V i) F j) F k) F Capítulo 2 – Parte 2 – Galileu e o movimento acelerado (página 49) 1) B, V = d / t = 9 / 1,5 = 6 m/s, sim , só isso !! 2) D, mostre que em 1 minuto de funcionamento o nível da água sobre 60 mm e lembre-se que 1m3 = 1000 litros. 3) E 4) 350 km – dica: calcule durante quanto tempo a abelha permanecerá voando ida e volta, ou seja, calcule o tempo de encontro dos trens. Depois multiplique esse tempo pela velocidade da abelha só isso ! É sério ! Juro 5) E, Teorema de Pitágoras. 6) B 7) C 8) C 9) C 10) Letra A. Atenção, a velocidade média não é a média aritmética das velocidades, exceto no MUV. Essa questão não é um MUV. 11) Letra D. Ignore o tempo de descanso. O veículo andou a primeira metade da distância com velocidade 60 km/h e a 2ª metade da distancia com velocidade 100 km/h. Essa questão é clássica. 12) B 13) C, Torricelli 14) 15s, intuitivo. Lembre-se: o que significa aceleração ? Pense em progressão aritmética. 15) a) sim, qualquer corpo em MRU. b) sim, um corpo lançado verticalmente para cima, ao atingir a altura máxima, tem aceleração a=g, mas sua rapidez é, momentaneamente, nula v = 0. 16) 60 m, veja exemplo resolvido 1 página 36. 17) A, igual à questão anterior. 18) C 19) A 20) Letra E, faça o gráfico do módulo de V em função de t. 21) C, velocidades iguais nesse caso implicam retas tangentes aos gráficos paralelas. 22) letra E, método da gravata. 23) Letra D, método da gravata. 24) Letra C, método da gravata. 25) B, calcule a área sob o gráfico e divida pelo tempo total. 26) a) 3s , b) 125m, c) 8 s 27) D, Torricelli 28) a) 30 m/s, b) 45m , c) 10 m/s 29) Letra C 30) letra A , use 1x, 3x, 5x ...... proporções de galileu ! 31) letra E , use 1x, 3x, 5x ...... proporções de galileu ! 32) A 33) C 34) 0,5 Hz = 0,5 voltas / seg 35) B 36) B 37) E 38) B 39) D 40) A (aproximadamente) , v = 4,8 km/h 41) C 42) 60 m/s, 45 m (sem fórmulas por favor ) 43) 50 m/s, 80 m (dica: ache Vx, depois Vy, depois use pitágoras para achar V) 44) 60 m/s, 120 m 45) 30 m, 6 s 46) E 47) 300 m/s 48) E 49) D 50) a) 45o, b) 40 m, c) 10 m 51) B 52) B 53) C, use a fórmula do alcance dada na questão 50, para alcance máximo use = 45o Física Simétrico Pré-Universitário – Há 23 anos ensinando com excelência os estudantes cearenses – www.simétrico.com.br 407 Capítulo 2 – Parte 3 – O conceito de Força (página 74) 1) C 2) A, quem sente a força é o operador, quem faz a força é a corda. 3) C, ação e reação 4) Letra D. Lembre-se que velocidade não é força, e que a força que jogador aplicou na bola, no momento do arremesso, só atua na bola enquanto houver contato entre as mãos e a bola. As mãos do jogador não vão junto com a bola ! 5) Letra D. O dinamômetro é, meramente, um medidor de tração T no fio. Essa tração T é a força que a pessoa aplica à corda e que esta aplica tanto à caixa quanto à pessoa. 6) B, escreva a 2ª Lei de Newton para cada bloco, resolva o sisteminha 2 x 2, ache a tração T no fio, igual à questão 2 de classe página 70. 7) Letra C. Faça H = s = a.t² / 2, use a = 4 m/s2 8) Letra D, faça tabelinha, essa é fácil e intuitiva. 9) Letra D 10) a) T – P = m.a, a = 2 m/s2 , b) ou ele está subindo acelerado v, a ou ele está descendo retardado v, a. Note que o 180 N dado na questão é a tração T no fio. 11) D 12) C 13) a) 0 < t < 0,3 s , subindo acelerado N > P; b) N – P = m.a, onde a = tg no grafico, balança marcará N = 560N. c) sensação de peso normal significa N = P, que ocorre nos intervalos de tempo 0,3 < t < 1,3 s e t > 1,7s ; d) a balança marcará N = P = 400N; e) mais leve, N < P, subindo retardado , 1,3 < t < 1,7 s. f) P – N = m.a, onde a = tg no grafico, balança marcará N = 280N. 14) B 15) A 16) C 17) A 18) A 19) Analise o corpo C, depois o B. Ao final, considere todos como se fossem um corpo só e determine F. Você encontrará a = 40/ 3 m/s2 e F = 800 N. Não arredonde frações calculando na calculadora, ok ? Dá azar ! 20) a = 3 m/s2, T = 45N. (analise a figura olhando a vista lateral do desenho). 21) a) 7,5 m/s2 , b) 25 N 22) 120 N 23) Letra A. Lembre que molas que estejam comprimidas atuam empurrando os corpos em volta dela, ao passo que molas que estejam elongadas atuam puxando os corpos em volta dela. Como a mola dessa questão está comprimida, ela fará na bola uma força para baixo. A velocidade da bola não influencia em nada, apenas indica para onde ela está indo. 24) Letra D. Lembre-se que a marcação da balança é a normal N que ela troca com a caixa. Sobre a caixa atuam a normal N, o seu peso M.g e a força elástica Fel no teto da caixa, que pode apontar para cima ou para baixo, conforme a mola esteja respectivamente comprimida ou elongada. Se a mola estivesse comprimida, teríamos N, M.g e Fel e N + Fel = M.g, portanto N < M.g. Se a mola estivesse deformada, teríamos N, M.g e Fel e N = Fel + M.g, portanto N > M.g. Quando a mola encontra-se em seu comprimento natural, teremos Fel =0 e N = M.g. 25) a) Tanto pode estar indo pra direita v em movimento acelerado a, como indo pra esquerda v em movimento retardado a, b) Só sabemos que a aceleração do vagão, bem como da bola, é para a direita a, mas não temos como tirar conclusões sobre a velocidade, c) a = g.tg = 7,5 m/s2 , d) 50N, e) 2 cm 26) E, F2 F1X = m.a 27) D Capítulo 3 - Atrito 1) 25 N 2) a questão garante que o sistema está em equilíbrio estático, assim, não requer análise. Fat = T = PB = 30 N 3) a questão garante que o sistema está em equilíbrio estático, assim, não requer análise. Fat = 10 N 4) Fat = P.sen = 200. (3/5) = 120 N 5) Letra E, Como PB.sen30 = PA , as caixas não tendem a escorregar em nenhuma direção ou sentido, portanto, Fat = 0. 6) a questão garante que o sistema está em equilíbrio estático, assim, não requer análise. Letra A 7) A, lembre-se que m.g.sen < m.g , ou seja, o bloco sobre a rampa tem a tendência a subir a rampa, portanto recebe Fat ladeira abaixo, na mesma direção e sentido do P.sen. 8) a) 120N, b) 100N, c) Fat = 80N, a = 6 m/s2 9) a) 30N, b) sim, pois se Fat consegue segurar 30N, ela conseguirá segurar 10N, e teremos Fat = 10N, c) 60 N 10) a) não, pois o coeficiente de atrito estático se relaciona com a força de atrito apenas na situação de iminência. Entretanto, sabemos apenas que a caixa está em equilíbrio, mas não sabemos se a força de atrito está no seu limite máximo. b) 4m 11) a) a caixa não escorregará e teremos Fat = P.sen = 240N b) a caixa escorregará e teremos Fat = FatCINETICO = 96N 12) D, analise e conclua que a caixa escorrega. 13) a) caixa não escorregará e T = PB = 20N, b) caixa escorregará, Fat cin = 8N, resolvendo o sistema teremos a = 7,2 m/s2 e T = 22,4 N 14) E 15) a) calcule FatMAX e analise, caixa está em equilíbrio mas fora da iminência, teremos Fat = PB = 200N , b) 280N 16) Zero 17) 0,5 m/s2 , note que N + FY = P. 18) D, analise e resolva o sistema de equações. 19) a) 4 m/s2 , b) 0,4 20) a) 2 m/s2 , b) 0,2 21) D 22) C, igual ao raciocínio da questão 20 de casa. A caixa primeiro vem em MRU com velocidade V = 60 m / 5 s = 12 m/s e, em seguida, entra no trecho com atrito. A partir daí se inicia o MRUV retardado com velocidade inicial Vo = 12 m/s. 23) A 24) E 25) Letra A, o solo aplica sobre a caixa a força de atrito Fat e a normal N , portanto a força (total) que o solo aplica Física Simétrico Pré-Universitário – Há 23 anos ensinando com excelência os estudantes cearenses – www.simétrico.com.br 408 sobre a caixa é a resultante(pitagórica) entre N e Fat pegadinha ! Fique atento a esse tipo de questão ! 26) B 27) B 28) a) 2 m/s2 , b) 5 s 29) D 30) D 31) a) II, b) IV 32) C 33) B 34) C 35) A 36) a 25 m/s2 b) F 250N, c) 0,5 37) 24N 38) 48 N 39) 3 m/s2 ( para que nenhuma caixa escorregue, devemos ter a 3 e a 3,5 simultaneamente, portanto, basta termos a 3) 40) E 41) A, coisa que eu morro de falar em sala , concorda ? 42) D 43) 5. 10–5 kg, Equilíbrio (MRU) , K.V = m.g 44) B 45) D, veja questão 18 de Classe - (leia a teoria) 46) A 47) B 48) a) F b) V (atrito viscoso) c) F d) V ( FResist = K.V N) e) F, (somente o Fat cinético e o Fat estático Max são diretamente proporcionais à normal N) f) V g) V h) F i) V j) F, é estático, visto que o pneu rola sem escorregar k) V l) V ( vácuo, sem resistência do ar, vale o raciocínio do Galileu) m) V, veja figura 49a, página 84 n) V o) V p) F (nada a ver, a gravidade existe lá sim e é originada pela massa da lua) q) F , (nada impede) r) F, (na lua tem gravidade ! ) 49) a) Chegarão ao mesmo tempo. b) Não são relevantes. 50) a) Chegarão ao mesmo tempo. b) A bola de ferro chegará primeiro. c) A situação da letra b. 51) E 52) B 53) A Capítulo 4 – Dinâmica do movimento curvilíneo 1) A 2) B 3) C 4) Posição A:[ 5, 2, 3, 1 ] , posição B: [ 5, 3, 3, nula ] 5) a) Posição A, b) 12 m/s2 , c) 6 m/s , d) aumentando de valor, pois a componente tangencial Atg da aceleração está a favor da velocidade. 6) a) 4 m/s, b) 60 N, c) 80 N , d) 100N 7) B 8) TA = 1680N, TB = 940 N, TC = 400N, TD = 20 N 9) a) N – P = m.V2/ R , N = 3500 N , b) N = Papar = m.gapar, assim, teremos gapar = 5.g, = 50 m/s2 . (é por isso que um piloto de caça da AFA passa por um exame físico severo para suportar uma gravidade aparente tão intensa. Apesar de chamarmos de g aparente, o efeito dela para quem está dentro da aeronave é real . 10) D 11) D, FIN – FOUT = N – 0 = m.v2 / R 12) a) N + m.g = m.v2/R, com N = 0, v = 8 m/s b) 3600 N 13) A, igual à questão 7 de classe, quando calculamos NB e ND. 14) B 15) A 16) D 17) A 18) D 19) E 20) TA = 12 N, TD = 140N 21) B 22) D 23) B 24) C 25) Segundo o enunciado: peso aparente = N = m.g / 2 , só que P – N = m.V2 /R. Assim, a correta é letra C 26) D 27) E 28) a) 1200 N, b) 20 m/s 29) 2 m 30) A 31) C 32) P = fat, FIN – FOUT = N – 0 = m.2.R , = 5 rad/s 33) C, apenas tração e peso, nada de inventar uma “força centrípeta” . 34) D, aceleração resultante no MCU é actp, não tem atg. 35) B 36) A 37) B 38) B 39) D, aproximadamente. Mesmas equações da questão 17 de aprendizagem, determine tg e veja como você encontrará a letra D. 40) B 41) T.cos = m.g, T.sen = m.v2/R, v = 10 m/s 42) a) 5 N b) 3/20 rad/s 43) A 44) A 45) T.cos = m.g, T.sen = m.2.R, divida uma pela outra e lembre-se que, pela figura, tg = R / H. Você encontrará que 2.H = g, onde g é constante, portanto 2.H antes é igual a 2.H depois. Assim, letra C. Física Simétrico Pré-Universitário – Há 23 anos ensinando com excelência os estudantes cearenses – www.simétrico.com.br 409 46) Letra E, na caixa note que T.sen + N = M.g, T.sen = Fat, iminência Fat = .N. No pêndulo cônico vem T.cos = m.g, T.sen = m.2.R, 47) C, lembre-se que movimento uniforme significa apenas módulo que o módulo da velocidade é constante, mas a velocidade pode ser variável (em direção), no caso dos curvilíneos. 48) D , elas variam em direção, são grandezas vetoriais. 49) D 50) E, movimento acelerado é aquele que tem aceleração, quer tangencial, quer centrípeta ou as duas. Acelerar um móvel significa fazer a sua velocidade (grandeza vetorial) variar, quer em direção, quer em sentido, quer em valor. 51) D 52) C Apêndice – Forças Fictícias 1) E 2) C 3) A 4) A) 2,4 m/s2 , T = 57,6 N 5) a) 4,5 m b) a = 9 m/s2 , c) 1 s 6) A 7) C 8) B 9) B 10) E 11) D Capítulo 5 – Trabalho e Energia 1) letra A, a mesma variação de Ecin implica trabalhos iguais. Assim, se as forças são iguais, as distâncias serão iguais. 2) A 3) 4 m/s 4) Letra C, igual à questão 2 de aprendizagem 5) letra C, idem exercício 3 de aprendizagem 6) A 7) letra E, faça o gráfico e calcule a área. Lembre-se que áreas abaixo do gráfico são tomadas negativas, assim, a “área” será numericamente igual a 9 – 1 = 8, use o princípio do trabalho total. 8) Letra B, Lembre-se: Escreva uma ÚNICA equação, não divida a resolução em duas etapas sem necessidade. Princípio do trabalho total: Ttotal = Tpeso + Tnormal + Tfat = EcF – Eci , de onde vem (+mg.H) + ( 0 ) + (–..m.g.D) = 0 – 0, usando o principio da trajetória alternativa. 9) pára no ponto C, use o princípio do trabalho das forças não- conservativas. O trabalho do Fat so levam em conta a distância total percorrida no trecho horizontal visto que as paredes são lisas. 10) Ttotal = Tpeso + Tnormal + Tfat = EcF – Eci (+mg.H) + ( 0 ) + (–..m.g.D) = 0 – m.v2 / 2 resp: letra C 11) 1 m 12) B, veja exercício de aprendizagem 6 13) FNC = EmecF – Emec i TFat + Tnormal = (m.v2 / 2) – (m.g.h) resp: letra C 14) E, use conservação de energia 15) B, 1º passo: ache Vo por conservação de energia, 2º passo diga que Vx = Vo.cos 16) B, use conservação de energia 17) B, use conservação de energia 18) letra D, note que a letra B viola a conservação de energia. 19) 10 m/s, use conservação de energia 20) C 21) B, use conservação de energia 22) a) v = L.g , b) T = 2.mg , c) a = actp = V2/R = g, vertical, apontando para cima (actp). 23) C 24) A 25) calcule V lá em cima por conservação de energia e depois use T + P = m.v2 / R , resp: Letra B 26) B 27) D 28) C 29) D 30) 0,9 m 31) 9,2 m 32) a) 40 m, b) 600 N/m 33) FNC = EmecF – Emec i TFat = m.v2 / 2 – m.g.H = –480 J Resp: –480 J 34) a) –2000 J , b) 0 J pois Ttotal = EcF – Eci 35) D 36) A 37) A 38) B 39) D 40) A 41) C 42) A, lembra da questão 20 de classe, letra B, página 93 ? 43) 0,027 J, passe a massa para kg e a velocidade para m/s e calcule a variação da Ecin sofrida pelo sangue. 44) C, calcule a variação de Ecin de cada objeto, fácil fácil . 45) C, 46) C 47) D 48) 50 litros, pot = m.g.H / t 49) 52 segs 50) E 51) 400 W 52) a) 1200 W, b) 60% 53) a) 2600 N, b) 5200 w 54) C 55) C 56) letra D, note que v = constante, portanto F = 4.P.sen, Potmec = F.v = 4.m.g.sen . v , Potmec = 0,75 .Potelétr , onde Potelétr = U. i. 57) A, visto que ele quer a força feita por CADA MÃO e a pessoa tem duas mãos normalmente. Física Simétrico Pré-Universitário – Há 23 anos ensinando com excelência os estudantes cearenses – www.simétrico.com.br 410 Capítulo 6 – Sistemas de Partículas 1) B 2) A 3) E 4) E 5) B, veja questão 3 de aprendizagem 6) B 7) B 8) C 9) D 10) VA = 4 m/s , VB = 1 m/s Qdm: Ma.Va = Mb.Vb, Energia: Ma .Va2 / 2 + Mb .Vb2 / 2 = K.X2 / 2 X = 20 cm – 16 cm = 4 cm = 0,04 m 11) 3 m/s 12) C 13) 2,4 kg 14) E 15) D 16) A 17) C, veja questão 12 de aprendizagem 18) A 19) C 20) C 21) D 22) E 23) a) 20 kg , b) 0,6 24) 85 N 25) a) 6 m/s b) 4,8 m/s c) 270 N 26) C, use o teorema do impulso. 27) E 28) 3 m/s ←, 7 m/s → 29) 6 m/s →, 8 m/s → 30) a) ← 2 m/s, → 3 m/s b) → 2 m/s, → 3 m/s c) ← 2 m/s, ← 1 m/s d) 0 m/s , → 4 m/s 31) B 32) A 33) C 34) C 35) bola 80 m/s, caminhão 30 m/s veja teoria, seção 10, página 180 e 181. 36) C 37) a) 4 s, b) 20 m/s, c) 15 m/s 38) B Capítulo 7 – Hidrostática 1) D 2)C 3) A 4) B 5) E 6) a pressão exercida apenas pela água vale .g.h 7) C 8) E 9) D, compare com a coluna que se obteria usando somente mercúrio puro. 10) E 11) A 12) A 13) B 14) 60 cmHg 15) D, P2 = P4 = Pgas , mas P3 =P4 16) B 17) C 18) C 19) D 20) B, lei de stevin 21) A 22) D 23) C 24) C, afinal: EI = P I , E II = PII , EIII = PIII (todos estão em equilíbrio) , porém P I = PII = P III = m.g (massas iguais), portanto, E I = E II = E III. 25) D 26) C, ao invés da torneira ir enchendo o recipiente, imagine que ele estava inicialmente cheio e foi sendo esvaziada por baixo, gradativamente. Em que instante o cubo tocará o fundo do recipiente ? Veja resolução no caderno de resoluções. 27) A 28) E 29) A 30) D 31) C 32) D 33) A 34) 25 N 35) C 36) B 37) C 38) a) 200 kgf, b) 60 kg de óleo, portanto, 75 litros . 39) D – Basta entender o Princípio de Arquimedes – sem matemátiquês ! Veja autoteste 3, página 209, com resolução comentada na página 213. 40) a) 100 + 200 – 16 = 284 kgf b) 20 litros , c) sim d) sim, N + E = P, N + 16 = 200, N = 184 kgf A marcação da balança passou de 100 para 284 kgf, portanto variou exatamente 184 kgf 41) C, essa é legal 42) E 43) A 44) a) 17,6 kgf , 42,4 kgf, b) 60 kgf 45) 82 N 46) B 47) C 48) D 49) E 50) E 51) B 52) B 53) B 54) A densidade do ar acima da caixa vai diminuir quando parte dele vazar. a caixa desce, h1 diminui, h2 aumenta. 55) E 56) B, o gelo subiria, se não fosse a mola, que está impedindo a sua subida, empurrando o gelo para baixo. A mola está, portanto comprimida, inicialmente. Ao final, ela estará relaxada, seu tamanho aumentará 57) h diminui, H constante Física Simétrico Pré-Universitário – Há 23 anos ensinando com excelência os estudantes cearenses – www.simétrico.com.br 411 58) h diminui, H diminui 59) h diminui, H constante 60) E, não é incrível ? 61) B. 62) A 63) D 64) C 65) C 66) D 67) A 68) B 69) B 70) A 71) D 72) A 73) D, essa é legal 74) Todas são corretas. Ao contrario dos sólidos e dos líquidos, os gases são compressíveis, portanto, o aumento da pressão sobre o sistema acaba levando à redução do volume do balão de gás no interior do líquido. 75) Apenas 01 e 02 são corretas. Agora a bolinha não é compressível, visto que ela é sólida. Seu volume não muda, mesmo com o aumento da pressão sobre o sistema. 76) a) 4 atm, b) não poderá ultrapassar pois a uma profundidade superior a 30 m seu volume estará menor do que 25% do volume inicial. Capítulo 8 – Estática 1) D 2) B 3) a) NA = 30 N, NB = 1470 N b) 800 N 4) B 5) D 6) B 7) C, (5 kg + 7 kg + 37 + 6,5 + 4 + 6,5)10 = 660 N 8) B Capítulo 9 – Gravitação 1) A 2) C 3) D 4) A 5) C 6) a) F, b) V, c) F, d) V, e) V, f) F 7) A 8) E 9) A 10) a) B, b) B, c) A, d) 135 anos 11) duplica 12) D 13) C 14) Apenas o item f é falso. A rotação que ocorre é do sistema Terra+lua em torno do centro de massa desse sistema, e não, uma mera rotação da Terra em torno do centro dela. 15) A 16) E 17) E Capítulos 10, 11, 12, e 13 - Óptica Geométrica - Quer assistir toda a teoria e as resoluções de todas as questões de classe de novo sobre espelhos planos ? acesse nosso site: www.fisicaju.com.br/resolucoes 1) B 2) C 3) C 4) A 5) E 6) C 7) C 8) D 9) A 10) B 11) B 12) D 13) a) 3 cm, b) 30o 14) Parte1: a) 9m/s b) 3 m/s, Parte 2: C , pois a velocidade com ela se aproxima da sua imagem será 45+45 = 90 cm/s 15) D 16) A 17) B 18) B 19) E 20) a) invertida, b) 7 cm, c) 12 cm 21) E 22) E 23) B 24) B 25) C 26) a) 6 cm b) 3 cm 27) D 28) B 29) D 30) 60º 31) C 32) 45º 33) B 34) C 35) C 36) 6,4 m 37) B 38) 60º 30º = 30º 39) C 40) A 41) X = 400 m, y = 150 m, x + y = 550 m 42) C 43) A 44) D 45) B 46) D 47) C 48) A 49) C 50) 30º 51) B 52) D 53) B 54) D 55) B 56) E Física Simétrico Pré-Universitário – Há 23 anos ensinando com excelência os estudantes cearenses – www.simétrico.com.br 412 57) A 58) D 59) B 60) D 61) D 62) B 63) D 64) B 65) B 66) D 67) E 68) B 69) A 70) D 71) C 72) F = 50 cm = +0,5 m, V = +2 di 73) 180 cm 74) 29,5 cm 75) B 76) 7,5 cm 77) B 78) B 79) E 80) C 81) D 82) A 83) C 84) E 85) B 86) E 87) E 88) D 89) A 90) D 91) D 92) D 93) D 94) B 95) a) Pela foto, é um senhor de idade. Tem dificuldade para enxergar de perto, por isso, afasta o livro para ler. Quando a idade avança, a partir dos 40 anos, a hipermetropia passa a ser chamada de presbiopia ou vista cansada. Esse senhor tem presbiopia. Se a foto mostrasse um jovem, diríamos que ele tinha hipermetropia. b) convergente c) + 3 di 96) A 97) A 98) Receita 1: olho direito com 1 grau de miopia, olho esquerdo com 2 graus de hipermetropia, astigmatismo nos dois olhos. Como a parte PARA PERTO (3ª idade) não está preenchida, ele não tem presbiopia. Receita 2: Miopia no olho direito, hipermetropia no olho esquerdo. Astigmatimo apenas no olho esquerdo. Como a parte PARA PERTO (3ª idade) está preenchida, indica que essa pessoa tem presbiopia e precisa de um óculos para ler de perto. Uma alternativa para ele também é a lente bifocal que conseguirá contornar todas as ametropias num única lente. Receita 3: Hipermetropia no olho direito, miopia no olho esquerdo. Não tem astigmatismo (dioptria cilíndrica em branco) nem tem presbiopia (PARA PERTO em branco). Capítulo 14 – Gases e Termodinâmica 1) B 2) A 3) E 4) E 5) A 6) 4,5 atm 7) A 8) C 9) D 10) B 11) C 12) C 13) A 14) A 15) B 16) C, volume ficou 27 vezes maior, raio triplicou. 17) B 18) 19) V T d a Pcd Pab c b Ta Tb 20) B 21) C 22) Vb > Va. O maior coeficiente angular corresponde ao menor volume. 23) Letra D. A reta passa pela origem se T estiver na escala kelvin, mas não passa pela origem se T estiver na escala Celsius ou Fahrenheit, por exemplo. 24) B 25) B 26) D 27) E 28) D 29) B 30) a) massa de uma molécula de gás b) 5,33 x 1023 g c) sim d) sim, visto que a temperatura permanece constante. Podemos ignorar os demais parâmetros e nos concentrar Física Simétrico Pré-Universitário – Há 23 anos ensinando com excelência os estudantes cearenses – www.simétrico.com.br 413 apenas na temperatura, quando se trata da energia cinética ec das moléculas dele. e) temperaturas iguais implicam ecin iguais, mas massas diferentes implicam velocidades diferentes, tendo maior velocidade aquela molécula que tiver menor massa, no caso, o hidrogênio . f) 4 vezes maior g) para 600 K h) pra velocidade dobrar, sua ecin terá que quadruplicar, portanto, sua temperatura kelvin ela terá que quadruplicar passando de 300K para 1200 K, mas 1200 K = 927oC, portanto, a temperatura do gás tem que aumentar para 927oC. i) sim, é verdade j) sim, é verdade. k) T = P.V / n.R, com n = m/M TO2 = TN2, UO2 = UN2, ecin O2 = ecin N2 , vO2 < vN2 31) a) recipiente B contendo H2 b) recipiente B contendo H2 c) temperaturas iguais, ecin iguais d) recipiente B contendo H2 32) a) O2 b) O2 c) nada se pode afirmar, pois não sabemos a massa gasosa de cada amostra. 33) E 34) A 35) C 36) D 37) D 38) C 39) E 40) D 41) B 42) B 43) D Efusão é a passagem de um gás através de uma abertura de um orifício. A velocidade de efusão de um gás é diretamente proporcional à sua velocidade quadrática média. Você lembraque, se dois gases estão a uma mesma temperatura, suas moléculas tem energias cinéticas iguais, mas como suas massas moleculares são diferentes, suas velocidades médias são diferentes, tendo maior velocidade aquele que tiver menor massa molecular. Por esse motivo, se tivermos dois gases H2 e He a uma mesma temperatura, as moléculas de H2 terão maior velocidade quadrática média que as moléculas de He e, consequentemente, maior velocidade de efusão. Se ambos estiverem confinados num recipiente podendo sair apenas através de um orifício, a velocidade com que o gás H2 escapará pelo furo (velocidade de efusão) será maior que a velocidade com que o He escapará. Assim, dizemos que o gás de menor massa molecular terá maior velocidade de efusão. 44) a) T diminui, U = 300J b) T aumenta, U = +350J c) T diminui, U = 350J d) T aumenta, U = +400J 45) 2 + 8 + 16 = 26 46) D 47) B 48) D 49) C 50) a) recebeu b) || = P.V = 4 atm.L = 400J c) U diminui, T diminui d) U = 600 J 51) a) cedeu b) || = n.R.T = 3x 8 x 40 = 960 J c) U aumentou, T aumentou d) U = +1440 J 52) E, isob = P.V = n.R.T 53) A 54) O trabalho na transformação II é maior que o trabalho na transformação I, visto que a área hachurada II é maior que a área I. Não caia mais nessa pegadinha, calcule sempre a área toda abaixo do gráfico, até tocar no eixo horizontal . 55) D 56) B 57) B 58) E 59) C 60) D 61) B 62) E 63) a) P P P V V V Q n.C . T C 5R / 2 5 Q n.C . T C 3R / 2 3 b) U iguais, pois são amostras com mesmo numero de mols n e sofrendo a mesma variação de Temperatura, apesar de seguirem transformações diferentes. c) Qp = n.Cp.T = n.(5/2).R.T Qv = n.Cv.T = n.(3/2).R.T U = n.Cv.T = n.(3/2).R.T isob = n.R.T (isobárico) Assim, vemos, de cada expressão acima, que: isobQp Qv Un.R. T 5 3 3 1 2 2 2 , de onde se conclui que: isobP VQ Q U 5 3 3 2 64) a) isobP VQ Q U 5 3 3 2 , então, se Q1 = Qv = 240J, substi- tuindo, vem Qp = 400 J. b) 160 J c) 240 J 65) a) isobP VQ Q U 5 3 3 2 , então, isob = 180J, substituindo, vem Q1 = Qp = 450 J. b) U = 270 J c) Qc = 270 J 66) a) Qp = Qv n.Cp.Tp = n.Cv.Tv Cp.Tp = Cv.Tv (5R/2).(360 300) = (3R/2).(x 300) x = 400k Física Simétrico Pré-Universitário – Há 23 anos ensinando com excelência os estudantes cearenses – www.simétrico.com.br 414 b) isobP VQ Q U 5 3 3 2 , se Qp = 600J, então isob = 240J que corresponde ao trabalho realizado sobre o êmbolo da amostra A. No caso B, o processo é isovolumétrico, B = 0 c) UA = 360 J, UB = 600J 67) a) isobárica b) Qp = n.Cp.T = 2400 J c) isob = n.R.T (isobárico) = 960 J, você não calculou a área sob o gráfico não, calculou ? Note que não é um gráfico PV, e sim, PT, portanto, essa área não serve. Pegadinha !!!! d) U = n.Cv.T = 1440 J (essa relação é geral, vale sempre), mesmo que a transformação não seja isovolumétrica. Também poderia ter calculado usando U = Q = 1440 J 68) letra D UABC = QABC ABC U = Q [ AB + BC ], com AB = área do retângulo U = Q [ PA.(VB VA) + W ] U = Q PA.(VB VA) W Q = U + PA.(VB – VA) + W 69) Qv = 9600 J 70) A 71) a) A C P.V 3 2 6 1 T T n.R n.R n.R , b) 4000 J 72) C 73) A 74) E 75) D 76) D 77) a) 8 J/mol.k , b) 9 atm, c) 909 K. 78) U = +14.000 J, = 14.000J. 79) a) 0 J, b) –4000 J, c) +4000J, d) T, V 80) aV, bF, cF, dV, eV, fV, gV 81) D 82) D 83) D 84) E 85) E a) sim b) não. A energia total se conserva em todo e qualquer processo. 86) C 87) Q quente = 300 + 100 = 400J Q Fria = 60 100 = 160 J Q Ciclo = 400 160 = 240 J Ciclo = Q Ciclo = 240 J = ciclo quenteQ = 240 0,6 60% 400 Qq = 400 J QF = 160 J Ciclo ABCDA = 240 J Fonte quente Fonte fria 88) a) O ciclo se inicia com a compressão adiabática ab seguida, respectivamente, das transformações isovolumétrica bc, expansão adiabática cd e isovolumétrica da. b) Uciclo = Qciclo ciclo = 0 ciclo = Qciclo Qciclo = Qrecebido Qcedido = 200 80 = 120 J Portanto ciclo = 120 J 89) C, afinal U = Q 90) a) 1J, b) TD < TA < TC < TB, c) recebeu 2,5.106 x 2.105 = 0,5 J, d) zero. 91) C UACB = UADB visto que independe do caminho, assim, QACB ACB = QADB ADB 92) C 93) D 94) D 95) E 96) E 97) a) 20 cal , b) 20%, c) 320K 98) E 99) E 100) D, ela viola o postulado de Carnot, o rendimento dela seria maior do que o rendimento máximo permitido, o que não é possível de ocorrer. 101) B 102) E 103) a) 60 J, b) 4 104) a) 1440 J b) 1890 J 105) A 106) Apenas B, L e M são falsas. Manual de Resoluções Prof Renato Brito Física Simétrico Pré-Universitário – Há 25 anos ensinando com excelência os estudantes cearenses – www.simétrico.com.br 417 AULA 1 - VETORES Aula 1 - Questão 1 - resolução = = 2 1 1 1 1 a) b) = + = 0 c) = + = = = d) = + = + =1 1 1 21 = 1 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 1 1 = + 1 1 2 =0 2 = +2 2= 4 = Aula 1 - Questão 2 - resolução A C B D E observando a figura da questão, note que: AB + BE = AE e CA + AE = CE assim, o prof Renato Brito pode escrever: AB + BE + CA = ( AB + BE ) + CA = (AE ) + CA = CA + AE = CE Aula 1 - Questão 3 - resolução = + = = F = F F F + F 2F F Aula 1 - Questão 4 - resolução = = = = + + = = + + = = 2a 2a 2a A resultante terá módulo 2a+2a+2a = 6a resposta correta: Letra C reposicionando os vetores , temos: Questão 5 - resolução = + + = + + 2a a 2a = 2a + 2a + a = 3a Letra A) Letra B) = + + = + + 0 a a = 2a Letra C) = + = 0 0 + = 0 = = = Física Simétrico Pré-Universitário – Há 25 anos ensinando com excelência os estudantes cearenses – www.simétrico.com.br 418 Aula 1 - Questão 7 – resolução alternativa Deslocando, convenientemente, o vetor b, prontamente determinamos o vetor soma a graficamente. o seu módulo, como se pode verificar na figura abaixo, vale s = 5 + 5 = 10 cm 5 cm 5 cm 12 cm 12 cm 12 cm 12 cm b 5 cm 12 cm 5 cm 5 cm a S 12 cm 5 cm b para achar o vetor d = a – b , encare essa operação de subtração como uma operação de soma : d = a – b = a + (– b ). Prontinho, para o prof Renato Brito determinar o módulo de d , basta achar a resultante (+) entre os vetores a e (– b ) assim: 5 cm 5 cm 12 cm 12 cm 12 cm 12 cm 5 cm 12 cm 5 cm 5 cm a d 12 cm 5 cm b - deslocando, convenientemente, o vetor a , e invertendo a flecha do vetor b , a fim de encontrar o vetor – b , prontamente determinamos o diferença d = a + (– b ) graficamente. o seu módulo, como se pode verificar na figura acima, vale : d = 12 + 12 = 24 cm Aula 1 - Questão 11 – resolução7 a) 10 U 3 U 4 U 10 U 10 U.cos 10 U.sen 10 U 8U 6U10 U 3 U 4 U = 3 U 4 U = 3 U 4 U= 5 U pitágoras 8U 6U cos = 0,8sen = 0,6 Decompondo o 10U 10 U 20 U 1 U 10 U 10 U 10 U.cos 10 U.sen 10 U 8U 6U 20 U 20 U.cos 20 U.sen 20 U 16 U 12U 10 U 20 U 1 U 10 U = 1 U 10 U 8U 6U 16 U 12U = 5 U 12 U = 13Upitágoras cos = 0,8sen = 0,6 Decompondo o 10U cos = 0,8sen = 0,6 Decompondo o 20U b) Aula 1 - Questão 13 - resolução A expressão abaixo calcula o módulo da soma S entre dois vetores a e b que formam um ângulo qualquer entre si S2 = a2 + b2 + 2.a.b.cos Segundo a questão, S = 13, a = 8, b = 7 , = ? 132 = 82 + 72 + 2 x 8 x 7.cos 169 – 64 – 49 = 112. cos 56 = 112. cos cos = 0,5 = 60 Aula 1 - Questão 14 - resolução a )b ( )a( d a 3 4 d |d | = 5 pitágoras a) -b -b a b -b a -b d Contando quadradinhos vemos que : |d | = 6 b) Física Simétrico Pré-Universitário – Há 25 anos ensinando com excelência os estudantes cearenses – www.simétrico.com.br 419 Aula 1 - Questão 15 - resolução a) a = 2i + 2j, b = 5i 2j d = a b = 2i + 2j (5i 2j) = 3i + 4j | d | = 2 23 4 = 5 b) a = +4i + 3j, b = 2i + 3j d = a b = +4i + 3j (2i + 3j) = 6i + 0j | d | = 2 26 0 = 6 Aula 1 - Questão 16 – resolução cmV = BA BBAA m m V.mV.m = 24 ) 1.j 6.i 2.( 5.J) 3.i .(4 cmV = 6 2.j 12.i 20.j i.12 = 6 18.j i.24 cmV = ( 4.i + 3.j ) m/s | cmV | = 22 3 4 = 5 m/s Aula 1 - Questão 18 - resolução 6 2 6 X2 0 6 2 6 X2 0 6 8 X2 0 X2 6 8 graficamente, vem: 6 8 2x letra A - resolução: pitágoras: (2x)2 = (8)2 + (6)2 2x = 10 x = 5 4 4 X2 6 4 letra B - resolução: 4 X2 6 4 4 X2 6 4 X2 6 8 graficamente, vem: 8 6 2x pitágoras: (2x)2 = (8) 2 + (6)2 2 x = 10 x = 5 60o 60o letra C - resolução: 30o 6 8 X2 6 8 X2 6 6 120o 8 X2 6 6 8 X2 30o 6 30o 30o 30o 30o 30o 6 8 X2 8 6 2x pitágoras: (2x)2 = (8) 2 + (6)2 2 x = 10 x = 5 Física Simétrico Pré-Universitário – Há 25 anos ensinando com excelência os estudantes cearenses – www.simétrico.com.br 420 AULA 2 – DE ARISTÓTELES A GALILEU Aula 2 - Questão 5 - resolução a) sim, o corpo está em equilíbrio visto que, segundo o enunciado, ele está se deslocando em MRU e, conforme você leu na evolução das idéias do Aristóteles ao Galileu, o MRU é um dos dois possíveis estados de equilíbrio, chamado de equilíbrio dinâmico, isto é, equilíbrio com velocidade. b) FR = 0, a caixa move-se em equilíbrio, as forças devem se cancelar ao longo de cada eixol N Pcos P.Sen Fat Portanto Fat = P.sen = 40 x 0,5 = 20 N. Não ache que o corpo estará parado pelo fato de P.sen = Fat . Lembre- se que, se a resultante das forças sobre o corpo é nula, ele pode estar parado ou em MRU. Lógico que, para essa caixa começar a andar, inicialmente, P.sen foi maior que o Fat, mas agora que ela estah em MRU, certamente tem-se P.sen = Fat. Do contrário, se P.sen > Fat, a sua velocidade estaria aumentando, o que não é verdade no movimento em questão (MRU). Aula 2 - Questão 11 - resolução a) Aristóteles ignora a inércia. Para ele, quando a pedra perde o contato com as mãos da pessoa, ela deixa de ir para frente, deixando de acompanhar o movimento horizontal do barco, ficando, portanto, para trás, visto que nenhuma força a empurra mais pra frente. Entretanto, a pedra vai para baixo, visto que ela é puxada pra baixo pela força peso P. Para Aristóteles, o movimento numa direção so ocorre na presença de força naquela direção. Portanto, a pedra deixa de ir pra frente, deixa de acompanhar o movimento horizontal do navio, ela simplesmente cai na vertical, portanto, segundo aristóteles, a pedra cairá atrás do mastro. b) Galileu conhece a inércia. Para ele, quando a pedra perde o contato com as mãos, a sua velocidade horizontal Vx permanece constante ( a pedra acompanha o barco horizontalmente, por inércia) devido à ausência de forças horizontais Fx. Entretanto, superposto a esse MRU pra frente haverá o movimento de queda livre vertical, devido à ação da força peso P, que propiciará à pedra uma velocidade Vy crescente. O movimento global da pedra será a composição, a superposição de dois movimentos simples: um MRU horizontal (por inércia) e uma queda livre vertical. O movimento observado na natureza, de fato, ocorre dessa forma. Para um observador na margem do rio vendo o barco passar e a pedra cair, esse movimento resultante é parabólico, como mostra a trajetória azul na figura acima. Para quem está no interior da embarcação, barco e pedra se movem em MRU para frente e, portanto, o MRU não é percebido, apenas a queda livre é notada. Assim, para quem está no barco, a pedra descreverá um movimento de queda vertical, como mostra a trajetória vermelha acima. Navio e pedra se movem para frente enquanto a pedra despenca em queda livre. Para qualquer observador, entretanto, a pedra cai no pé do mastro. c) conceito de Inércia Aula 2 - Questão 16 - resolução Se as caixas se movem em MRU em relação à Terra, a resultante das forças que agem em qualquer uma das caixas é nula. Ambas as caixas têm a mesma velocidade V constante em relação à terra, portanto estão em repouso entre si. A B A está parado em relação a B v A B A B v Qual caixa tende a ultrapassar a outra ? resp: nenhuma. Não há tendência de escorregamento relativo, portanto não há atrito horizontal agindo na fronteira entre as caixas. O atrito só aparece quando ele é requisitado para tentar impedir alguma tendência de escorregamento relativo entre superfícies. Adicionalmente, se houvesse atrito, ele causaria aceleração (a ou ) e as caixas não estariam em MRU, contradizendo o enunciado. Ambas as caixas prosseguem em MRU por inércia, na ausência de forças horizontais empurrando uma ou outra. Para o garoto sobre a caixa A, a caixa B está simplesmente parada sobre A, e não há nenhuma tendência de escorregamento de uma em relação à outra e, por isso, mesmo que as superfícies das caixas sejam rugosas, a força de atrito não estará presente, visto que a força de atrito so age quando há alguma tendência de escorregamento entre duas superfícies em contato mútuo. Somente o peso e a normal atuam na caixa B. Somente haveria atrito entre as caixas no caso em que elas se movessem aceleradas. Fique Física Simétrico Pré-Universitário – Há 25 anos ensinando com excelência os estudantes cearenses – www.simétrico.com.br 421 tranquilo. O prof Renato Brito falará tudo sobre atrito no capítulo 5. Take it easy ! Aula 2 - Questão 20 - resolução a) incompatível - força resultante apontando para a direita fr causando aceleração para a esquerda a. absurdo. b) compatível - a força resultante e aceleração do móvel apontam na mesma direção e sentido c) compatível - a força resultante e aceleração do móvel apontam na mesma direção e sentido d) compatível - fr = 0 , nada impede que o corpo esteja em mru. e) incompatível – a velocidade de um móvel sempre indica para onde o móvel está indo naquele momento. a figura sugere um corpo se movendo para a direita v, contradizendo a descrição dada. f) compatível – a velocidade de um móvel sempre indica para onde o móvel está indo naquele momento. a figura sugere um corpo se movendo para a direita v, de acordo com a descrição dada. Aula 2 - Questão 23 - resolução Num sistema desse tipo, a caixa mais pesada tem aceleração para baixo (é para onde ela gostaria de ir) e a mais leve. para cima. Entretanto, como nesse problema as duas caixas têm massas iguais, percebe-se que nenhuma delas terá aceleração alguma. As caixas estão em equilíbrio, o que permite ao prof Renato Brito distinguir três possibilidades: I) as caixas estão paradas em repouso (equilíbrio estático) II) a caixa A está descendo e a caixa B subindo, ambas em MRU (equilíbrio dinâmico) III) a caixa B está descendo e a caixa A subindo, ambas em MRU (equilíbrio dinâmico) A tração T no fio satisfaz a relação T = m.g em qualquer uma dessas situações, afinal, se a caixa está em equilíbrio, a resultante das forças sobre ela deve ser nula, independente dela estar parada ou em MRU. Assim, vejamos cada uma das opções oferecidas na questão: a) os blocos estão necessariamente em repouso; Falsa, eles podem estar em MRU. b) se o bloco A estiver subindo, a tração no fio 1 será maior que o peso dele; Se ele estiver subindo, certamente estará subindo em MRU, em equilíbrio, por inércia e, portanto, a tração será igual ao peso dele. c) os blocos só ficam em repouso, caso estejam lado a lado, na mesma altura; Não há nenhuma razão para isso ocorrer. Os blocos ficam lado a lado em repouso com qualquer desnível entre eles, visto que têm massas iguais. d) os blocos estão necessariamente em equilíbrio em qualquer instante; verdadeiro e) o bloco A pode estar se movendo com aceleração constante não nula. Falso, sua aceleração é necessariamente nula, visto que os blocos têm massas são iguais. Aula 2 - Questão 24 - resolução Nesse problema, o bloco A é mais pesado que B. Nesse caso, as leis de Newton garantem que o bloco A tem aceleração para baixo (tendência de movimento) e o bloco B tem aceleração para cima, mas essas leis nada afirmam sobre o sentido do movimento do blocos, isto é, sobre a velocidade deles. T 1 A B T 1 2mg mg a a T 1 A B T 1 2mg mg FR A FR B No bloco A: 2m.g > T1 FRA = 2m.g – T1 No bloco B: T1 > m.g FRB = T1 – m.g Se o bloco A tem aceleração para baixo, ele pode estar descendo acelerado ou subindo retardado, ou até mesmo pode estar momentaneamente em repouso, caso ele pare a fim de inverter o sentido do movimento, como mostra a figura a seguir. Em qualquer desses casos, a aceleração do bloco A aponta para baixo, a força resultante sobre ele aponta para baixo e, portanto, o seu peso 2.mg é maior que a tração T1 (2m.g > T1 ). T 1 A B T 1 2mg mg a a V V A descendo e B subindo em movimento acelerado 2mg > T1 > mg T 1 A B T 1 2mg mg a a V V A subindo e B descendo em movimento retardado 2mg > T1 > mg Assim, como os blocos têm massas diferentes, eles sempre terão aceleração e, portanto, nunca estarão em equilíbrio, conforme explicado pelo prof Renato Brito em sala. Resposta correta – letra E T 1 A B T 1 2mg mg a a V = 0 A e B momentaneamente em repouso no instante da inversão do sentido do movimento V = 0 2mg > T1 > mg Aula 2 - Cinemática - Questão 1 - resolução V = d /t = 9 m / (1,5 s) = 6 m/s difícil, né ? affff Aula 2 - Cinemática - Questão 2 - resolução Segundo o sistema métrico decimal: 1m3 1000 litros, portanto 1200 litros 1,2 m3 . O prof Renato Brito admitirá que o tanque esteja inicialmente vazio. Após 1 minuto, o volume V de água no seu interior será: Física Simétrico Pré-Universitário – Há 25 anos ensinando com excelência os estudantes cearenses – www.simétrico.com.br 422 5m 4m H 5m 4m recipiente inicialmente vazio recipiente com 1,2m 3 de água 1 minuto depois.... V = a x b x c 1,2 m3 = 5m x 4m x H H = 0,06 m = 60mm O nível da água sobe 60 mm a cada 60 segundos, ou seja, sobe 1 mm a cada 1 segundo portanto V = 1 mm/s Aula 2 - Cinemática página 49 - Questão 3 - resolução Qual o volume de água que evapora em 2h ? Resposta: V = 2m x 1m x 3.103 m = 6.103 m3 em 2h Esse volume corresponde a qual massa de água ? M = d . V = 3 3 3 3 kg 10 6 10 m 6kg em 2h m Isso corresponde a 6 kg de água em 120 min, ou seja, 0,05 kg de água a cada 1 minuto. Aula 2 - Cinemática página 49 - Questão 4 - resolução Se os trens se movem com velocidades 60 km/h e 40 km/h em sentidos opostos. Qual a velocidade relativa entre eles ? Ora, eles se aproximam mutuamente com uma velocidade 60 + 40 = 100 km/h. Assim, se a distância incial entre eles vale 500 km, eles vão se encontrar após t = d / V = 500 / 100 = 5 h de viagem. Durante essas 5h de viagem, a abelha está percorrendo 70 km a cada 1 hora, portanto, ela percorrerá 5 x 70 = 350 km em 5h de viagem. Você não estava pensando em calcular pedacinho por pedacinho, estava ? Aula 2 - Cinemática página 49 - Questão 5 – resolução O sapo se move ao longo do solo (direção horizontal, eixo x) enquanto a lagartixa se move ao longo da vertical (eixo y). A figura abaixo mostra a configuração inicial (t = 0) do sistema sapo + lagartixa. Sapo 16 cm/s Lagartixa 10 cm/s 200 cm Instante t = 0 Y O sapo se move com velocidade 16 cm/s, portanto, após 5 s ele terá percorrido uma distância horizontal 16 5 = 80 cm para a esquerda, portanto estará a uma distância 200 80 = 120 cm da parede vertical (veja a próxima figura). A lagartixa, por sua vez, durante esses 5 segs, percorrerá 10 cm/s 5 s = 50 cm para cima na vertical, como mostra a próxima figura. Sapo 80 cm 50 cm 120 cm Lagartixa Instante t = 5 s D x Y Assim, no instante t = 5 s, qual a distância D entre o sapo e a lagartixa ? A figura acima mostra que essa distância é dada simplesmente pelo teorema de Pitágoras no triângulo retângulo: 2 2D 120 50 130cm 1,3 m Aula 2 - Cinemática página 49 - Questão 6 - resolução Observando atentamente, você perceberá que a distância entre 2 picos de contração é de 2 cm. Ora, mas quanto tempo o papel milimetrado demora para percorrer 2 cm = 20 mm ? d 20mm t 0,8 s v 25mm / s Assim, vemos que o coração está dando uma contração a cada 0,8 s, portanto, nesse ritmo, ele dará quantas contrações a cada 60 segs ? Iiiisso, regra de 3 ! Vamos lá ? 1 contração 0,8 s X contrações 60 s X = 75 contrações por minuto Aula 2 - Cinemática página 48 - Questão 7 - resolução Imagine que os carros A e B (respectivamente o primeiro e o último colocado) se movem em MCU com velocidades tais que VA > VB. Segundo o enunciado, após o tempo que os carros levam para dar 10 voltas na pista, o carro A coloca UMA VOLTA de vantagem sobre o carro B. Isso indica que no dobro desse tempo (ou seja, após 20 voltas na pista), ele terá o dobro da vantagem, ou seja, colocará DUAS voltas de vantagem sobre o carro B. Assim, após o triplo desse tempo (após 30 voltas na pista), ele terá colocado TRÊS voltas de vantagens sobre o carro B. Resposta: letra C Aula 2 - Cinemáticapágina 48 - Questão 8 - resolução d = distância Sinal 1 tem velocidade maior v1 = 7500 m/s portanto demora menos tempo, demora apenas t1 = t. Sinal 2 tem velocidade menor v2 = 4500 m/s portanto demora mais tempo, demora apenas t2 = t + 20. Mas a distancia percorrida é sempre a mesma, portanto, usando trianglinho mágico vem: d = v1.t1 = v2.t2 7500t = 4500.(t+20) 7500t 4500t = 90000 t = 30 s Assim d = v1.t1 = 7500×30 = 225.000m = 225 km. Se preferir, pode escrever: d = v2.t2 = 4500×(t+20) = 4500×(30+20) = 225.000m = 225 km. Aula 2 - Cinemática página 48 - Questão 9 - resolução TAB + TBC + TCD = 8 horas x x x 8 60 45 36 x = 120 km Assim, a distância total ABCD vale 3X = 360 km. Como a velocidade média prevista era de 80 km/h, o tempo previsto para essa viagem completa então era de: d 360km t 4,5 h v 80km / h O tempo de viagem previsto era de 4,5 h mas a viagem foi realizada em 8h, ou seja, a carga chegou com um atraso de 8h 4,5 h = 3,5 h. Letra C Aula 2 - Questão 10- resolução Como não se trata de um MUV, visto que a velocidade do móvel não varia lineamente com o tempo mas, sim, de forma brusca, não podemos calcular a velocidade média pela média aritmética das velocidades. Devemos buscar a definição mais geral de velocidade média: km/h 24 h 3 10 km 80 3h h 3 1 km 80 km/h 20 km 60 km/h 60 km 20 km 60 km 20 TT DD total T total D Vm 21 21 Essa é a velocidade média do carro no percurso. Física Simétrico Pré-Universitário – Há 25 anos ensinando com excelência os estudantes cearenses – www.simétrico.com.br 423 Aula 2 - Questão 11- resolução Como não se trata de um MUV, visto que a velocidade do móvel não varia lineamente com o tempo mas, sim, de forma brusca, não podemos calcular a velocidade média pela média aritmética das velocidades. Devemos buscar a definição mais geral de velocidade média: Digamos que a 1ª metade da distância percorrida valha x, a 2ª metade da distância percorrida valha x e, portanto, a distância total valha 2x. Assim, vem: 1 2 1 2 D DD total x x 2x 600 Vm 75 km/h x x 10x 6xT total T T 8 60 100 600 Aula 2 - Questão 19 - resolução O avião parte do repouso e sua velocidade aumenta uniformemente de 0 m/s a 100 m/s em 20 segs. Você diria que essa velocidade está aumentando de quanto em quanto, a cada 1 seg ? Sim, aumentando de 5 m/s em 5 m/s a cada 1 seg, portanto sua aceleração vale a = 5 m/s2. Qual a distancia percorrida por ele durante esses 20 segs ? Podemos fazer pelo gráfico: N b h 100 20 D área 1000 m 2 2 Também podemos usar a expressão do Muv: V(m/s) t(s)0 0 100 20 s = Vo.t + a.t2 / 2 = 0 + 5.(20)2 / 2 = 1000 m = 1 km Aula 2 - Questão 21 - resolução No gráfico S x t, a inclinação em cada instante está relacionada com a velocidade do móvel naquele instante. Observado a figura abaixo, vemos que, no instante t * , os gráficos do móveis têm a mesma inclinação ( = ) e, portanto, A e B têm velocidades iguais naquele instante. t (s) X A B t 1 t 3 t 2 t * Aula 2 - Questão 22 - resolução Você chegará facilmente à resposta se usar o mesmo raciocínio da questão 4 de classe – método da gravata – solução geométrica. Aula 2 - Questão 32 - resolução Do gráfico V x t da queda livre na gravidade g = 10 m/s2, a velocidade aumenta de 10 em 10 m/s a cada 1 seg V(m/s) 1 2 3 4 5 6 10 20 t(s) x 3x 5x 7x 9x 11x Assim, a área de 1 triângulo x vale x = 10 x 1 / 2 = 5 m. Assim, das proporções de Galileu, vem: 1º segundo de queda cai x = 5 m 2º segundo de queda cai 3x = 15 m 3º segundo de queda cai 5x = 25 m 4º segundo de queda cai 7x = 35 m 5º segundo de queda cai 9x = 45 m 6º segundo de queda cai 11x = 55 m Ops ! O 6º segundo vai do instante t = 5s ao instante t = 6s. Ou seja, o corpo caiu durante 6 s !!!!! Qual a altura caída em 6 segs ??? H = g.t2 / 2 = 10.(6)2 / 2 = 180 m Aula 2 - Questão 33 - resolução Do gráfico V x t, se a aceleração vale a = 4 m/s2, a velocidade aumenta de 4 em 4 m/s a cada 1 seg, ou seja: 0 m/s, 4 m/s, 8 m/s...... etc V(m/s) 1 2 3 4 4 8 t(s) x 3x 5x 7x Assim, a área de 1 triângulo x vale: x = 4 x 1 / 2 = 2 m. Assim, das proporções de Galileu, vem: 1º segundo de movimento percorre 1x = 2 m 2º segundo de movimento percorre 3x = 6 m 3º segundo de movimento percorre 5x = 10 m 4º segundo de movimento percorre 7x = 14 m Aula 2 - Questão 34 - resolução O tempo (t1) decorrido entre duas balas consecutivas é o mesmo tempo (t2) que o disco leva para girar 1 volta completa. Mas qual o tempo decorrido entre duas balas consecutivas ? Ora, 30 balas a cada 60 segs significa 1 bala a cada 2 segs. A cada 2 segs uma bala atravessa o disco, portanto, a cada 2 segs o disco dá uma volta completa. Ou seja, o disco está girando num ritmo de 1 volta a cada 2 segs, portanto (1 volta) / ( 2 segs ), ou seja, 0,5 voltas/seg ou 0,5 Hz. Aula 2 - Questão 35 - resolução O tempo (t1) que a bala demora para percorrer uma distância d1 igual ao diâmetro (d1 = 2R) do disco é o mesmo tempo (t2) que o disco leva para girar meia volta, ou seja, sofrer um deslocamento angular = rad. Assim, temos: 1 1 2 d deslocamento angular 2R rad t t V velocidade angular V 2R V Aula 2 - Questão 36 - resolução Essa questão segue o mesmo raciocínio da questão 16 de classe. A diferença é apenas que quem faz o papel da correia que transmite a rotação de uma roda, nessa questão, é o próprio chão. V1 = V2 1.R1 = 2.R2 2..f1.R1 = 2..f2.R2 f1.R1 = f2.R2 2 40 pedaladas .3R f .R 60s f2 = 2 Hz Aula 2 - Questão 37 - resolução Essa questão segue o mesmo raciocínio da questão 16 de classe. A diferença é apenas que quem faz o papel da correia que transmite a Física Simétrico Pré-Universitário – Há 25 anos ensinando com excelência os estudantes cearenses – www.simétrico.com.br 424 rotação de uma roda, nessa questão, é o próprio contato entre as rodas, sem que haja escorregamento. V1 = V2 1.R1 = 2.R2 2..f1.R1 = 2..f2.R2 f1.R1 = f2.R2 2 2 1 voltas 1 voltas 8 f 5 f 40s 25 seg 2 2 1 segs 25 f volta Aula 2 - Questão 38 - resolução Essa questão segue o mesmo raciocínio da questão 16 de classe. A diferença é apenas que quem faz o papel da correia que transmite a rotação de uma roda, nessa questão, é o próprio contato entre as rodas, sem que haja escorregamento. V1 = V2 1.R1 = 2.R2 2..f1.R1 = 2..f2.R2 f1.R1 = f2.R2 2 2 voltas 1 voltas 3 4 f 60 f s 5 seg 2 2 1 segs 5 f volta Aula 2 - Questão 40 - resolução Legenda 1 = coroa 2 = catraca 3 = roda 3 3 3 2 1 1 2 2 2 3 1 31 1 3 1 2 2 2 1 3 1 2 2 v R , com e R R v R R RR v R 2. .f R R R R 45 rotações 8.10 v 2. .f 2 3 0,4 R 60s 3.10 v 4,8 m / s Aula 2 - Questão 41- resolução Segundo o enunciado, devemos ter V = .R = constante. Como a leitura das trilhas ocorre do centro para a periferia, a cabeça leitora lê primeiro os raios R menores e vai gradativamente se afastando docentro do disco, lendo trilhas de raios cada vez maiores. Assim, R vai aumentando, mas como V = .R = constante = 1,3 m/s , se R aumenta, então vai diminuindo. Como o período vale = 2. / , se diminui, aumenta. Aula 2 - Questão 42 - resolução Hmax = g.t 2 / 2 , onde t = tsub = tdescida = 6 segs / 2 = 3 segs Hmax = 10.(3)2 / 2 = 45 m Tsub = Voy / g = Vo.sen / g 3 = Vo.(sen 30º) / 10 Vo = 60 m/s Aula 2 - Questão 43 - resolução Hmax = g.t 2 / 2 , onde t = tsub = tdescida = 8 segs / 2 = 4 segs Hmax = 10.(4)2 / 2 = 80 m A = Vx . t Vôo 240 = Vx . 8 Vx = 30 m/s Tsub = Voy / g 4 = Voy / 10 Voy = 40 m/s (Vo)² = (Vx)² + (Voy)² Vo = 50 m/s Aula 2 - Questão 44 - resolução A = Vx . t Vôo = 30 x 4 = 120 m Vx = Vo.cos 30 = Vo. cos 60o Vo = 60 m/s Aula 2 - Questão 45 - resolução Hmax = g.t 2 / 2 , onde t = tsub = tdescida 45 = (10).t 2 / 2 t = tsub = tdescida = 3 s Tvôo = tsub + tdescida = 3 + 3 = 6 s A = Vx . t Vôo = 5 x 6 = 30 m Aula 2 - Questão 46 - resolução Decompondo as velocidades iniciais de lançamento, percebemos que VoyA = VoyB . Isso implica que, na vertical, ambos os projéteis partem com a mesma velocidade inicial Vy e sofrem exatamente a mesma aceleração a = g durante todo o movimento. Assim, os movimentos verticais de A e B serão exatamente idênticos, implicando que eles terão o mesmo tsubida, o mesmo tvôo e atingirão a mesma altura máxima Hmax. Como o alcance é dado por A = Vx. tvôo e, sendo VxB = 3.VxA (como podemos notar decompondo as velocidades iniciais) e tvôo B = tvôo A , portanto teremos AB = 3.AA. Portanto, devemos assinalar como errada a alternativa E. Aula 2 - Questão 47 - resolução No lançamento horizontal, temos H = g.t 2 / 2 , onde t = t vôo , assim: H = g.t 2 / 2 45 = 10.t 2 / 2 t vôo = 3 s Para se obter um alcance de, pelo menos 900 m, devemos ter: A = Vx . t Vôo 900 = Vo . 3 Vo = 300 m/s Aula 2 - Questão 48 - resolução No lançamento horizontal, temos H = g.t 2 / 2 , onde t = t vôo . Assim, como as bolas partem de alturas H iguais, passarão o mesmo tempo no ar ( t vôo A = t vôo B ). Como VxB = 3.VxA, é fácil ver que o alcance horizontal da bola B será três vezes maior que o alcance horizontal da bola A (A = Vx . t Vôo) Aula 2 - Questão 50 – resolução a) O maior valor possível para o seno de qualquer ângulo vale 1, que ocorre quando esse ângulo vale 90º, afinal, sen90o = 1. Assim, para que sen(2) seja máximo, devemos ter 2 = 90º, portanto, = 45º. b) Amax = 2 oV g sen(2), para = 45º Amax = 2 oV g sen(90º) = 2 oV g ×1 = 2 oV g c) A questão está pedindo o valor de Hmax = 2 2 oV sen. g 2 para =45º , portanto, vamos calcular: Hmax = 2 2 22 2 o o oV V Vsen ( 2 / 2). . g 2 g 2 4g Aula 2 - Questão 51 – resolução Essa questão requer que lembremos das fórmulas de lançamento de projéteis (infelizmente) : Hmax = 2 sen . g V 22o (eq1) Física Simétrico Pré-Universitário – Há 25 anos ensinando com excelência os estudantes cearenses – www.simétrico.com.br 425 A = g V 2o sen(2) = g V 2o .2.sen().cos() (eq2) A/2 Hmax Do triângulo retângulo da figura acima, podemos escrever: 2 A maxH tg (eq3) Substituindo eq1 e eq2 em eq3, vem: 2 tg cos.2 sen cos.sen. g V 2 sen . g V 2 A maxH tg 2 o 22 o tg tg 2 2 1 tg tg Aula 2 - Questão 52 – resolução A altura H mostrada na figura pode ser determinada a partir da expressão abaixo: H 1,70 m A B C D 2 2 2 2 ooV sen 200 (1/ 2)H . . 500m , visto que sen30 =1/2 g 2 10 2 Outra maneira de calcular essa altura H na figura seria, primeiro, calculando o tempo de subida de A para B usando a cinemática somente na vertical: Vy Voy g.t 0 Vo.sen30 g.t 0 200.(0,5) 10.t t 10s Em seguida, calculamos H na figura usando: 2 2g.t 10.(10) H 500m 2 2 Na questão da Unifor, a altura maxima desejada é a altura TOTAL em relação ao chão, e vale, portanto: Htotal = H + 1,70 = 500 + 1,7 = 501,70 m Aula 2 - Questão 53 – resolução Nessa questão, faremos uso da expressão do alcance horizontal já utilizada na questão 45. A condição de máximo alcance é obtida considerando = 45o. Lembrando que 108 km/h = 30 m/s, vem: Amax = 2 oV g sen(2) = 2 30 10 sen(90o) = 900 10 x 1 = 90 m Aula 2 – O Conceito de Força Aula 2 - Questão 4 – Página 74 - resolução A única força que age na bola, durante o seu vôo (desprezando a resistência do ar) é a força peso, resultado da atração entre a massa da Terra e a massa da bola. Lembre-se de que velocidade não é força ! A força que jogador aplicou na bola, no momento do arremesso, só atua na bola enquanto as mãos estão em contato com a bola. Como diria o prof Renato Brito, as mãos do jogador não vão junto com a bola durante o seu vôo ! Aula 2 - Questão 5 Pág 74 – resolução (resposta correta – letra D) Como o prof Renato Brito costuma dizer, POR DEFINIÇÃO, o dinamômetro é, meramente, um medidor de tração T no fio. A força que o homem aplica na corda é a própria tração T. A força que a corda aplica à caixa (e vice-versa) também se chama tração T. Segundo o enunciado, a tração T marcada no dinamômetro permanece constante. Segundo o enunciado, o coeficiente de atrito cinético, bem como o Fat cinético, têm intensidades variáveis . A seguir, o prof Renato Brito analisará cada alternativa : a) a força resultante que atua no objeto é constante. A força resultante é FR = T – fat, sendo T constante e Fat variável, portanto, FR é variável. b) o objeto está deslocando-se com velocidade constante; Com base no enunciado, nada se pode afirmar sobre isso. c) o valor da força de atrito entre o objeto e a superfície é dado pela leitura do dinamômetro. O dinamômetro mede a tração T no fio, por definição. d) a força que a pessoa aplica no objeto é constante; Sim, visto que essa força é a tração T constante registrada pelo dinamômetro. e) a força de atrito entre o objeto e a superfície é constante. Não, ela é variável, visto que o coeficiente de atrito cinético entre o solo e o objeto é variável. Aula 2 - Questão 18 - resolução Qual o ritmo com que a velocidade horizontal da caixa aumenta ? De acordo com a tabela, a velocidade da caixa aumenta V = 10 m/s a cada t = 2s, o que dá uma taxa de variação: a = V/t = 10 / 2 = 5 m/s2 . Mas qual a força horizontal culpada pelo aparecimento dessa aceleração horizontal (veja figura adiante) ? Ora, certamente é a força FX , que causa uma aceleração a de acordo com a 2ª Lei de Newton: FX = m. a F.cos = m . a F . 0,5 = 10 x 5 F = 100 N FX FYN P Como a caixa não apresenta aceleração na vertical, a força resultante na vertical deve ser nula. Assim, o prof Renato Brito pode escrever : Física Simétrico Pré-Universitário – Há 25 anos ensinando com excelência os estudantes cearenses – www.simétrico.com.br 426 N + FY = P N + F.sen = P N + 100 x 0,86 = 100 N = 14 newtons Aula 2 - Questão 20 - resolução A caixa B é a mais pesada e acelera ladeira abaixo (figura 2), ao contrário da caixa A, que acelera ladeira acima (figura 1). Assim, podemos escrevera lei de Newton para caixa e resolver o sistema. PA. sen Ta Figura 1 (caixa A – figura 1) T – PA .sen = mA . a T – 50 .( 0,6 ) = 5 . a T – 30 = 5 . a PB. sen Ta figura 2 (caixa B – figura 2) PB .sen – T = mB . a 150.(0,6) – T = 15.a 90 – T = 15.a Somando membro a membro, vem: 90 – 30 = 20.a a = 3 m/s2 Substituindo, vem: T – 30 = 5 . a T – 30 = 5 x 3 T = 45 N Aula 2 - Questão 21 - resolução FR = M.a M.g – T = M.a FR = M.a T + M.g.sen = M.a Resolvendo-se o sistema de equações acima, determina-se a tração T e a aceleração a. Aula 2 - Questão 24 - resolução CASO 1- MOLA ELONGADA: Na figura 1, a mola encontra-se elongada, portanto está puxando tudo a sua volta. Por exemplo, ela puxa o teto da caixa para baixo k.x e puxa a bola preta para cima k.x. Portanto, sobre a bola agem duas forças k.x e m.g . Dependendo da deformação x da mola, a resultante sobre a bola na figura 1 pode ser prá cima (k.x > m.g), prá baixo (k.x < m.g) ou até momentaneamente nula, no lapso instante em que ocorrer k.x = m.g. Assim, não há temos como concluir para onde aponta a aceleração da bola da figura 1. A caixa, entretanto, está sempre em equilíbrio e, assim, podemos escrever N1 = k.x + M.g [eq-1] e, portanto, N1 > M.g na figura 1. A balança registrará um valor N1 maior que o peso M.g da caixa nesse caso. m.g k.x k.x k.x k.x N 1 M.g m o la e lo n g a d a Figura 1 N 1 CASO 2- MOLA COMPRIMIDA: Já na figura 2 a mola encontra-se comprimida. Assim, essa mola está empurrando tudo a sua volta. Por exemplo, ela empurra o teto da caixa para cima k.x e empurra a bola preta para baixo k.x. Portanto, sobre a bola agem duas forças k.x e m.g prá baixo e, inevitavelmente, essa bola está acelerada para baixo FR a2 . Assim, essa bola tanto pode estar descendo v acelerada a2 , como pode estar subindo v retardada a2 . Como ocorre em todos os instantes, a caixa na figura 2 está em equilíbrio e, portanto, podemos escrever N2 + k.x = M.g N2 = M.g – k.x N2 < M.g [eq-2]. A balança registrará um valor N2 menor que o peso M.g da caixa nesse caso. m.g k.x k.x k.x k.x M.g m o la c o m p ri m id a Figura 2 a 2 N 2 N 2 CASO 3- MOLA MOMENTANEAMENTE RELAXADA: A figura 3 mostra o exato instante em que a mola atinge o seu comprimento natural, isto é, o exato instante em que sua deformação é momentaneamente nula x = 0. Essa situação ocorre uma única vez durante a subida da bola e outra vez na descida. Nesse lapso instante, a mola não exerce força elástica alguma (x = 0, k.x = 0). Sobre a bola, portanto, só agirá a força peso m.g, portanto a bola certamente está acelerada para baixo. Uma vez mais, existem duas possibilidades para o movimento da bola nesse instante: essa bola tanto pode estar descendo v acelerada a3 , como pode estar subindo v retardada a3 . m.g M.g m o la r e la x a d a ( x = 0 ) N 3 N 3 a 3 Figura 3 Como ocorre em todos os instantes, a caixa na figura 3 está em equilíbrio e, portanto, podemos escrever N3 = M.g [eq-3]. Nesse lapso instante, a balança portanto registrará um valor N3 igual ao peso M.g da caixa. Física Simétrico Pré-Universitário – Há 25 anos ensinando com excelência os estudantes cearenses – www.simétrico.com.br 427 Agora, vejamos as opções dessa questão - A respeito da marcação da balança, pode-se afirmar que: a) sempre acusará um peso maior que M.g falsa, a normal da caixa pode ser maior ou menor que M.g, dependendo do estado da mola. b) quando a esfera pára na altura máxima, a balança acusará um peso maior que M.g falsa, pois nesse caso teremos mola comprimida (figura 2) e, segundo (eq-2), teremos N2 < M.g, ou seja, a balança marcará um valor menor que o peso M.g da caixa. c) quando a esfera sobe em movimento acelerado, a balança acusará um peso menor que M.g falsa, pois esfera subindo acelerada requer v, a, o que só pode ocorrer na esfera da figura 1, no caso em que tivermos k.x > m.g. Assim, se a bola estiver subindo acelerada, a mola só pode estar elongada (figura 1) e, nesse caso, segundo [eq-1] teremos N1 > M.g, isto é, a balança estará marrando um valor maior que o peso M.g da caixa. d) quando a esfera passa pela posição em que a mola encontra-se no seu comprimento natural, a balança acusará um peso M.g Verdadeiro. Isso ocorre na figura 3. e) quando a esfera passa pela sua posição de equilíbrio, a balança acusará um peso M.g falsa. Para a esfera estar momentaneamente em equilíbrio, a resultante das forças que agem sobre a esfera deve ser nula e isso só tem como acontecer na figura 1, no caso em que k.x = m.g. Assim, quando a esfera estiver momentaneamente em equilíbrio, a mola estará elongada (figura 1) e, segundo [eq-1], teremos N1 > M.g , isto é, a balança estará marrando um valor maior que o peso M.g da caixa. Aula 2 - Questão 26 - resolução F2 F1X = m.a F2 F1.cos60o = m.a 30 40.(0,5) = 2.a a = 5 m/s2 Aula 2 - Questão 27 - resolução F1 f = MA.a 41 f = 8.a (eq1) f F2 = MB.a f 13 = 6.a (eq2) somando eq1 e eq2, membro a membro, vem: 41 13 = 14.a a = 2 m/s² f 13 = 6.a f 13 = 6.(2) f = 25 N AULA 3 – Estudo do Atrito Aula 3 - Questão 3 - resolução O enunciado da questão garante que o sistema encontra-se em equilíbrio. Assim, podemos escrever: Equilíbrio da caixa A: T1 = PA = 50N Equilíbrio da caixa C: T2 = PC = 40N B CA PA T1 T2 T2 PC T1 Assim, sendo T1 > T2 , a caixa B tende a escorregar prá esquerda em relação ao piso. Como o enunciado garante que a caixa B também está em equilíbrio, certamente há uma Fat agindo nela impedindo esse escorregamento: B CA PA T1 T2 T2 PC T1 tendência de escorregamento Assim, para o equilíbrio da caixa C, o prof Renato Brito pode escrever : T1 = T2 + Fat 50 = 40 + Fat Fat = 10 N B CA PA T1 T2 T2 PC Fat T1 B CA 50N 50N 40N 40N 40N 10N 50N Aula 3 - Questão 7 - resolução A caixa B tende a escorregar prá cima ou prá baixo ? Para responder isso, devemos analisar quem é maior, M.g ou M.g.sen ? Ora, sabemos que o seno de qualquer ângulo agudo está sempre na faixa 0 < sen < 1, portanto, M.g > M.g.sen. Assim , a caixa B tende a escorregar ladeira acima e, portanto, recebe um Fat ladeira abaixo, como mostra a figura acima. Como o enunciado garante que o sistema encontra-se em equilíbrio, podemos escrever: Física Simétrico Pré-Universitário – Há 25 anos ensinando com excelência os estudantes cearenses – www.simétrico.com.br 428 B A M.g.sen M.g T T tendência de escorregamento Equilíbrio do corpo A : T = M.g Equilíbrio do corpo B : T = Fat + M.g.sen e N = M.gcos B A M.g.sen M.g T T M.g.cos N Fat Como a questão pede o menor coeficiente de atrito que permite que o sistema ainda esteja em equilíbrio, isso indica que o sistema encontra-se na iminência de escorregar e, portanto, podemos usar a “condição de iminência” para o corpo B: Condição de iminência de escorregar: Fat = Fatmax = .N Substituindo, podemos facilmente determinar o coeficiente de atrito : T = Fat + M.g.sen M.g = .N + M.g.sen
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