Lista_06

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ENGENHARIAS
DISCIPLINA: FÍSICA GERAL I
PROFESSORES DE FÍSICA DO IESAM
Lista 06 de Exercícios
Problemas de Física 1 – Young & Freedman – 12a Ed.
Capítulo 6 – Trabalho e Energia Cinética
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IESAM – Engenharias – Física Geral I – Professores de Engenharia do IESAM
1) (Q6.10) A energia cinética de um carro varia mais quando o carro acelera de 10 a 15m/s ou quando ele acelera de 15 a 20 m/s? Explique.
2) (Q6.13) Uma força resultante atua sobre um objeto e o acelera a partir do repouso até uma velocidade v1. Ao fazer isso a força realiza um trabalho igual a w1. Qual deve ser o fator do aumento do trabalho para que o objeto atinja uma velocidade final três vazes maior, novamente partindo do repouso?
3) (6.6) Dois rebocadores puxam um navio petroleiro. Cada rebocador exerce uma força constante de 1,80x106 N, uma a 14° na direção noroeste e outra a 14º na direção nordeste, e o petroleiro é puxado até uma distância de 0,75km do sul para o norte. Qual é o trabalho total realizado sobre o petroleiro?
4) (6.8) Um carrinho de supermercado carregado está sendo empurrado pelo pátio do estacionamento sob vento forte. Você aplica uma força cosntante ao carrinho enquanto ele percorre um deslocamento . Quanto trabalho a força exercida por você realiza sobre o carrinho de supermercado?
5) (6.27) Distância de Parada. Um carro se desloca sobre uma superfície horizontal com velocidade v0 no momento em que os freios ficam bloqueados, do modo que os pneus deslizam em vez de rolar.
a) Use o teorema do trabalho-energia para calcular a distância mínima para o carro parar em função de v0, de g e do coeficiente de atrito cinético µ entre o pneu e o solo.
b) Qual o fator da variação da distância mínima para o carro parar se i) o coeficiente de atrito cinético for dobrado ou ii) a velocidade escalar inicial for dobrada ou iii) tanto o atrito cinético quanto a velocidade escalar inicial forem dobrados?
6) (6.32) Uma vaca está saindo do celeiro, apesar de você tentar puxá-la de volta. Nas coordenadas com a origem na porta do celeiro, a vaca caminha de x=0 até x=6,9m enquanto você aplica uma força com o componente Fx=-[20,0N + (3,0N/m)x]. Quanto trabalho a força exercida por você realiza sobre a vaca durante o seu deslocamento?
7) (6.30) Uma menina aplica uma força paralela ao eixo Ox sobre um trenó de 10,0kg que se desloca sobre a superfície congelada de um lago pequeno. À medida que ela controla a velocidade do trenó, o componente x da força que ela aplica varia com a coordenada x do modo indicado na Figura 6.31. Calcule o trabalho realizado pela força quando o trenó se desloca 
a) de x=0 a x=8,0m;
b) de x=8,0m a x=12,0m;
c) de x=0 a x=12,0m
8) (6.31) Suponha que o trenó do Exercícios 6.30 esteja inicialmente em repouso em x=0. Use o teorema do trabalho energia para achar a velocidade do trenó em
a) x=8,0m;
b) x=12,0m.
Despreze o atrito entre o trenó e a superfície do lago.
9) (6.42) Um pedreiro engenhoso montou um dispositivo que dispara tijolos até a altura da parede onde ele está trabalhando. Ele coloca o tijolo comprimindo a mola vertical com massa desprezível e constante da mola k=450N/m. Quando a mola é liberada, o tijolo é disparado de baixo para cima. Sabendo que o tijolo possui massa de 1,80kg e que ele deve atingir uma altura máxima de 3,6m acima de sua posição inicial sobre a mola comprimida. Qual é a distância que a mola deve ser inicialmente comprimida? (o tijolo perde contato com a mola no instante em que a mola retorna ao seu comprimento sem deformação. Por quê?) 
10) (6.46) Uma rocha de 20,0kg está deslizando sobre uma superfície horizontal áspera a 8,0 m/s e eventualmente para em função do atrito. O coeficiente de atrito cinético entre a rocha e a superfície é 0,200. Que potência média é produzida pelo atrito até que a rocha pare?
10) (6.49) Trabalahndo como um cavalo. Seu trabalho é colocar em um caminhão engradados de 30,0kg elevando-os 0,90m do chão até o caminhão.
a) Quantos engradados você coloca no caminhão em um minuto, supondo que sua potência média seja igual a 0,50hp?
b) E para uma potência média de 100W?
11) (6.64) Molas em Série. Duas molas sem massa estão ligadas em série quando a ponta de uma está ligada à base da outra.
a) demostre que a constante da força efetiva (veja Problema 6.63) de uma combinação em série é dada por (sugestão: para uma dada força, a distância total alongada pela mola única equivalente é a soma das distâncias alongadas pela combinação das molas. Além disso, cada mola deve exercer a mesma força. Você entender por quê?
b) Generalize esse resultado para n mola em série.
12) (6.65) Um objeto é atraído para o origem com uma força dada por Fx=-k/x. (as forças elétricas e gravitacionais possuem eese tipo de dependência com a distância.) 
a) Calcule o trabalho realizado pela força Fx quando o objeto se desloca ao longo do eixo Ox de x1 a x2. Se x2>x1, verifique se o trabalho realizado por Fx é positivo ou negativo.
b) A única força, além dessa, é a força que sua mão exerce sobre o objeto para deslocá-lo lentamente de x1 a x2. Qual trabalho você realiza? Se x2>x1, o trabalho realizado por você é positivo ou negativo?
c) explique as semelhanças e as diferenças entre suas respostas das partes (a) e (b).
13) (6.71) Um bloco de gelo com massa de 6,0kg está inicialmente em repouso sobre uma superfície horizontal sem atrito. A seguir, um trabalhador aplica uma força horizontal sobre ele. Como resultado, o bloco se move ao longo do eixo Ox de tal modo que sua posição em função do tempo é dada por , onde = 0,200m/s2 e =0,0200m/s3.
a) Calcule a velocidade do bloco quando t=4,0s.
b) Calcule o módulo de quando t=4,0s
c) Calcule o trabalho realizado pela força durante os primeiros 4,0 s do movimento.
14) (6.73) Você e sua bicicleta possuem massa total igual a 80,0 kg. Quando você atinge a base de uma ponte, está se deslocando com velocidade de 5,0m/s (Figura 6.35). No topo da ponte você subiu uma distância vertical de 5,20m e sua velocidade diminui para 1,50 m/s. despreze o trabalho realizado pelo atrito e qualquer ineficiência na bicicleta ou suas pernas.
a) Qual trabalho total realizado sobre você e sua bicicleta quando você vai da base ao topo da ponte?
b) Qual o trabalho realizado pela força que você aplica sobre os pedais?
15) (6.80) Um professor de física está sentado em sua cadeira, que desliza sobre rolamentos sem atrito empurrado para cima de um plano inclinado a 30° acima da horizontal. A massa total do professor com sua cadeira é igual a 85,0kg. Ele é empurrado 2,5m ao longo do plano inclinado por um grupo de alunos que juntos exercem uma força horizontal constante de 600N. o professor possuía uma velocidade de 2,0 m/s na base da rampa. Use o teorema do trabalho-energia para calcular sua velocidade no topo da rampa.
16) (6.81) Um bloco de 5,0kg se move com v0=6,0 m/s sobre uma superfície horizontal sem atrito, dirigindo-se contra uma mola cuja constante é dada por k=500N/m e que possui uma de suas extremidades presa a uma parede (Figura 6.36). A massa é desprezível.
a) Calcule a distância máxima que a mola pode ser comprimida.
b) Se a distância máxima que a mola pudesse ser comprimida fosse de 0,150m, qual seria o valor máximo de v0?
17) (6.82) Considere o sistema indicado da Figura 6.37. A corda e a polia possuem massas desprezíveis, e a polia possuem massas desprezíveis, e a polia não possui atrito. O coeficiente de atrito cinético entre o bloco de 8,0kg e o topo da mesa é dado por µ=0,250. Os blocos são liberados a partir do repouso. Use métodos de energia para calcular a velocidade do bloco de 6,0kg no momento em que ele desceu 1,50m.
18) (6.84) Arco e flecha. A Figura 6.38 mostra como a força exercida pelo fio de um arco varia em função da distância em que flecha é puxada para trás (o comprimento de deformação). Suponha que a mesma força seja fornecida para flecha que se move para frente quando o fio é liberado. A deformação máxima para essearco corresponde a um comprimento de deformação igual a 74,0cm. Se o arco atira uma flecha de 0,0250kg quando ele está submetido a uma deformação máxima, qual é a velocidade da flecha quando ela abandona o arco?
19) (6.85) Em uma pista de patinação no gelo horizontal e essencialmente sem atrito, uma patinadora que desloza a 3,0m/s encontra uma área áspera que reduz sua velocidade em 45% devido a uma força de atrito que corresponde a 25% do seu peso. Use o teorema do trabalho para calcular o comprimento dessa área áspera.
20) (6.92) O motor de um carro de massa m fornece uma potência constante P para as rodas, para acelerar o carro. Despreze a resistência do ar e o atrito de rolamento. O carro está inicialmente em repouso.
a) Mostre que a velocidade do carro é dada em função do tempo por 
b) Mostre que a aceleração do carro não é constante, mas é dada em função do tempo por a=(P/2mt)1/2
c) Mostre que o deslocamento é dado em função do tempo por 
21) (6.98) Potência automotica I. O motor de um caminhão transmite 28,0kW para as rodas de direção, quando o caminhão está se deslocando a uma velocidade constante de módulo 60,0 km/h em uma estrada plana.
a) Qual é a força retardadora que atua sobre o caminhão?
b) Suponha que 65% da força retardadora sejam provenientes do atrito de rolamento e o restante da força retardadora seja proveniente da resistência do ar. Se a força do atrito de rolamento independe da velocidade escalar e a força da resistência do ar é proporcional ao quadrado da velocidade escalar, qual potência vai dirigir o caminhão a 30,0km/h? E a 120km/h? dê suas respostas em watts e horse-power. 
3) 2,62x109 J
4)-150 J 
5) a) v02/2µkg b) i) Sa/2 ii) 4Sa iii) 2Sa
6)-209 J
7) a) 40 J b) 20 J c) 60 J.
8) a) 2.83 m/s b) 3,46 m/s
9) 0,53 m
10) 157 W
12) a) b) 
13) a) 2,56 m/s b) 5,28 N c) 19,7 J
14) a) -910J b) 3170 J
15) 3,17 m/s
16) a) 0,60m b) 1,50 m/s
17) 2,90 m/s
18) 89 m/s
19) 1,5 m
21) a) 1680 N; 10,3 kW = 13,8 hp;
 b) 114,8 kW= 154hp