Lista_04_Young_FGI_Engs_2014

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IESAM – Engenharias– Física Geral I – Professores de Engenharia do IESAM 1/4
 
ENGENHARIAS 
DISCIPLINA: FÍSICA GERAL I 
PROFESSORES DE FÍSICA DO IESAM 
 
 
Lista 04 de Exercícios 
Problemas de 
Física 1 – Young & Freedman – 12a Ed. 
Capítulo 4 – Leis de Newton do movimento. 
 
, , : Problemas de dificuldade crescente. CP: problemas acumulados 
incorporando material de capítulos anteriores. CALC: Problemas 
requerendo cálculo. BIO: problemas de Biociências. 
 
 
 
 EXPERIÊNCIAS DE LABORATÓRIO A 
SEREM REALIZADAS 
01) Equilíbrio de Forças 
02) Equilíbrio de Momentos 
 
FORÇA E INTERAÇÕES (10 PROBLEMAS) 
01) (Q4.1) Um balão cheio de hélio fica suspenso 
no ar, nem subindo, nem descendo. Ele está em 
equilíbrio? Quais as forças que atuam sobre ele? 
 
02) (Q4.7) Quando um carro para 
repentinamente, os passageiros tendem a se 
mover para frente em relação aos seus assentos. 
Por quê? Quando um carro faz uma curva 
abrupta, os passageiros tendem a escorregar para 
um lado do carro. Por quê? 
 
03) (4.3)  Um trabalhador de um armazém 
empurra uma caixa ao longo de um piso como 
indicado na figura 4.31, aplicando uma força de 
10 N de cima para baixo, formando um ângulo de 
45º abaixo da horizontal. Ache os componentes 
horizontais e verticais da força. 
 
Figura 4.31 – Problema 4.3 
 
04) (4.4) Um homem está puxando uma mala 
para cima ao longo da rampa de carga de um 
caminhão de mudanças. A rampa possui um 
ângulo de 20,0º e o homem exerce uma força F 
para cima, cuja direção forma um ângulo de 30º 
com a rampa (ver figura 4.32). a) Qual deve ser o 
módulo da força F necessária para que o 
componente Fx paralelo à rampa possua módulo 
igual a 60,0 N? b) Qual deve ser o módulo do 
componente Fy neste caso? 
 
 
Figura 4.32 – Problema 4.4 
 
05) (4.9)  Uma caixa está em repouso sobre um 
lago congelado, que é uma superfície horizontal 
sem atrito. Se um pescador aplica uma força 
horizontal de módulo 48,0 N sobre a caixa, 
produzindo uma aceleração de 3,00 m/s2, qual é a 
massa da caixa? 
 
06) (4.10)  Um portuário aplica uma força 
horizontal constante de 80,0 N a um bloco de gelo 
sobre uma superfície horizontal lisa. A força de 
atrito é desprezível. O bloco parte do repouso e se 
move 11,0 m em 5,0 s. Qual é a massa do bloco 
de gelo? b) Se o portuário parar de empurrar o 
bloco depois de 5,0 s, qual será a distância 
percorrida pelo bloco nos 5,0 s posteriores? 
 
07) (4.12) Um engradado com massa de 32,5 
kg, inicialmente em repouso sobre o piso de um 
armazém, sofre uma força resultante horizontal de 
140 N. a) Qual a aceleração produzida? b) Qual a 
distância percorrida pelo engradado em 10,0 s? c) 
Qual o módulo da velocidade ao final de 10,0 s? 
 
08) (4.13)  Uma carreta de brinquedo pesando 
4,50 kg está em aceleração por uma linha reta 
(eixo x). O gráfico da Figura 4.33 mostra essa 
aceleração em função do tempo. a) Ache a força 
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resultante máxima que atua sobre esse objeto. 
Quando essa força máxima ocorre? b) Em que 
instantes a força resultante sobre o brinquedo é 
constante? c) Quando a força resultante é igual a 
zero? 
 
 
Figura 4.33 – Problema 4.13 
 
09) (4.14) Um gato de 2,75 kg move-se em 
linha reta (eixo x). A figura 4.34 mostra um gráfico 
da velocidade vx desse gato em função do tempo. 
a) Encontre a força resultante máxima que atua 
sobre esse gato. Quando essa força ocorre? b) 
Quando a força resultante sobre o gato é igual a 
zero? c) Qual a força resultante no instante 8,5 s? 
 
 
Figura 4.34 – Problema 4.14 
 
10) (4.15) Um pequeno foguete de 8,0 kg 
queima combustível que exerce uma força de 
baixo para cima, que varia com o tempo, sobre o 
foguete. Essa força obedece à equação F = A + Bt2. 
Medidas mostram que no instante t = 0 a força é 
de 100,0 N, e no final dos primeiros 2,0 s é 150,0 
N. a) Ache as constantes A e B, incluindo suas 
unidades SI. b) Ache a força resultante sobre este 
foguete e sua aceleração i) no instante após o 
combustível se inflamar e ii) 3,0 s após a ignição. 
c) Suponha que você estivesse usando esse 
foguete no espaço, distante de toda a gravidade. 
Qual seria a sua aceleração 3,0 s após a ignição? 
 
MASSA E PESO (02 PROBLEMAS) 
11) (4.19) Na superfície de Io, uma das luas de 
Júpiter, a aceleração da gravidade é g = 1,81 
m/s2. Uma melancia pesa 44,0 N na superfície da 
Terra. a) Qual a sua massa na superfície da 
Terra? b) Qual a sua massa e peso na superfície 
de Io? 
 
12) (4.20) A mochila de uma astronauta pesa 
17,5 N quando ela está na superfície terrestre, 
mas somente 3,24 N na superfície de um 
asteroide. a) Qual é a aceleração da gravidade 
neste asteroide? b) Qual é a massa da mochila 
neste asteroide? 
 
DIAGRAMAS DE CORPO LIVRE 
(02 PROBLEMAS) 
13) (4.28)  Uma pessoa puxa horizontalmente o 
bloco da figura 4.35, fazendo com que ambos os 
blocos movam-se juntos, como uma unidade. Para 
esse sistema em movimento, faça um diagrama de 
corpo livre claramente designado para o bloco A, 
considerando que a) a mesa é livre de atrito e b) 
há atrito entre o bloco B e a mesa e a força de 
puxar é igual à força de atrito sobre o bloco B, 
devido à mesa. 
 
 
Figura 4.35 – Problema 4.28 
 
14) (4.29) Uma bola está pendurada por um fio 
longo amarrado ao teto do vagão de um trem que 
viaja de oeste para leste sobre trilhos horizontais. 
Um observador no interior do vagão vê a bola 
suspensa, sem movimento. Faça um diagrama do 
corpo livre para a bola, considerando que a) o 
trem possui velocidade uniforme e b) o trem está 
aumentando a velocidade de forma uniforme. A 
força resultante sobre a bola é igual a zero em 
ambos os casos? Explique. 
 
PROBLEMAS (10 PROBLEMAS) 
15) (4.37) Dois adultos e uma criança querem 
empurrar uma caixa apoiada sobre rodas na 
direção do ponto marcado como x na Figura 4.36. 
Os dois adultos empurram com forças horizontais 
1F e 2F como mostra a figura. a) Ache o módulo, 
a direção e o sentido da menor força que a criança 
deve exercer. Ignore os efeitos do atrito. b) Se a 
criança exercer a força mínima determinada no 
item (a), a caixa acelera a 2,0 m/s2 na direção +x. 
Qual é o peso da caixa? 
 
 
Figura 4.36 – Problema 4.37 
 
16) (4.38)  CP Os motores de um navio 
tanque enguiçaram e o vento está levando o 
mesmo diretamente para um recife, a uma 
velocidade escalar constante de 1,5 m/s (Figura 
4.37). Quando o navio está a 500 m do recife, o 
vento cessa e os motores voltam a funciona. O 
leme está emperrado, e a única alternativa é 
tentar acelerar diretamente para trás, para se 
afastar do recife. A massa do navio é da carga é de 
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3,6 x 107 kg, e os motores produzem uma força 
resultante horizontal de 8,0 x 104 N sobre o navio. 
Ele atingirá o recife? Se sim, o petróleo estará 
seguro? O casco resiste ao impacto de uma 
velocidade escalar de até 0,2 m/s. Ignore a força 
retardadora da água sobre o casco do navio. 
 
 
Figura 4.37 – Problema 4.38 
 
17) (4.43) Duas caixas, uma de massa 4,00 kg 
e outra de 6,00 kg estão em repouso sobre a 
superfície sem atrito de um lago congelado, 
ligadas por uma corda leve (Figura 4.38). Uma 
mulher usando tênis de solado áspero (de modo 
que ela possa exercer tração sobre o solo) puxa 
horizontalmente a caixa de 6,00 kg com uma força 
F que produz uma aceleração de 2,50 m/s2. a) 
Qual é a aceleração da caixa de 4,00 kg? b) 
Desenhe um diagrama do corpo livre para a caixa 
de 4,00 kg. Use esse diagrama e a segunda lei de 
Newton para achar a tensão T na corda que 
conecta as duas caixas. c) Desenhe um diagrama 
do corpo livre para a caixa de 6,00 kg. Qual é o 
sentido daforça resultante sobre a caixa de 6,00 
kg? Qual tem o maior módulo, a força T ou a força 
F? d) Use a parte (c) e a segunda lei de Newton e 
obtenha o módulo de F. 
 
 
Figura 4.38 – Problema 4.43 
 
18) (4.45)  CALC Para estudar o dano que a 
colisão com grandes pássaros pode causar a um 
avião, você projeta uma arma de teste, que vai 
acelerar objetos do tamanho de uma galinha de 
modo que o seu deslocamento ao longo do cano da 
arma seja dado por x = (9,0 x 103 m/s2)t 2 – (8,0 x 
104 m/s3)t 3. O objeto deixa o fim do cano no 
instante t = 0,025 s. a) Qual deve ser o 
comprimento do cano da arma? b) Qual será a 
velocidade escalar dos objetos quando deixam o 
final do cano? c) Qual força resultante deve ser 
exercida sobre um objeto de 1,50 kg a i) t = 0 e ii) t 
= 0,025 s? 
 
19) (4.54)  Os dois blocos indicados na figura 
4.39 estão ligados por uma corda uniforme, com 
massa de 4,0 kg. Uma força de 200 N é aplicada 
de baixo para cima conforme indicado. a) Desenhe 
três diagramas de corpo livre, um para o bloco de 
6,0 kg, um para a corda de 4,0 kg e outro para o 
bloco de 5,0 kg. Para cada força, indique qual é o 
corpo que exerce a referida força. b) Qual é a 
aceleração do sistema? c) Qual é a tensão no topo 
da corda? d) Qual é a tensão no meio da corda? 
 
Figura 4.39 – Problema 4.54 
 
20) (4.55)  CP Um atleta com massa de 90,0 
kg está praticando exercícios de levantamento de 
peso. Saindo da posição de repouso, ele levanta, 
com aceleração constante, um haltere a uma 
distância de 0,60 m em 1,6 s. a) Faça um 
diagrama de força de corpo livre para o haltere e 
outro para o atleta. b) Use os diagramas do item 
(a) e as leis de Newton para encontrar a força total 
que os pés do atleta exercem sobre o solo 
enquanto ele ergue o haltere. 
 
21) (4.56)  Um balão de ar quente consiste de 
um cesto, um passageiro e alguma carga. 
Considere a massa total como M. Embora haja 
uma força de sustentação de baixo para cima que 
atua sobre o balão, este inicialmente está 
acelerando de cima para baixo a uma taxa g/3. a) 
Desenhe o diagrama de corpo livre para o balão 
descendo. b) Encontre a força de sustentação em 
termos do peso total Mg. c) O tripulante percebe 
que está indo diretamente para uma cachoeira e 
decide que precisa subir. Qual fração da massa 
total ele deve retirar do cesto para que o balão 
acelere para cima a uma taxa de g/2? Suponha 
que a força que a força de sustentação para cima 
permanece a mesma. 
 
22) (4.58)  CALC A posição de um helicóptero 
de treinamento de 2,75 x 105 N é dada por: 
^
22
^^
33 )m/s 06,0(m/s) 2,2()m/s 02,0( kjir ttt  . 
Determine a força resultante sobre o helicóptero 
para t = 5,0 s. 
 
23) (4.59)  CALC Um objeto com massa m 
move-se ao longo do eixo Ox. Sua posição em 
função do tempo é dada por x(t) = At – Bt3, onde A 
e B são constantes. Calcule a força resultante 
sobre o objeto em função do tempo. 
 
24) (4.60)  CALC Um objeto de massa m 
inicialmente em repouso é submetido a uma força 
dada por 
^
3
2
^
1 jiF tkk  , onde k1 e k2 são 
constantes. Determine a velocidade )(tv do objeto 
em função do tempo. 
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RESPOSTAS ESPERADAS 
03: Componente x: 7,1 N, componente y: -7,1 N 
04: (a) 69,3 N 
 (b) 34,6 N 
05: 16 kg 
06: (a) 90,9 kg 
 (b) 22 m 
07: (a) 4,31 m/s2 
 (b) 215 m 
 (c) 43,0 m/s 
08: (a) 45 N 
 (b) Entre t = 2,0 s e t = 4,0 s 
 (c) Entre t = 0 e t = 6,0 s 
09: (a) 11,0 N entre t = 0 e t = 2,00 s 
 (b) Entre t = 2,00 s e t = 6,00 s 
 (c) 2,75 N 
10: (a) A = 100 N e B = 12,5 N/s2 
 (b) i) 21,6 N e 2,70 m/s2 
 ii) 134,1 N e 16,8 m/s2 
 (c) 26,6 m/s2 
11: (a) 4,49 kg 
 (b) 4,49 kg, 8,13 N 
12: (a) 1,81 m/s2 
 (b) 1,79 kg 
13: Diagrama a seguir 
 
14: Diagrama a seguir 
 
15: (a) 17,0 N, 90º no sentido horário a partir da 
direção +x, 
 (b) 840 N 
16: Atinge o recife 
 0,17 m/s 
 petróleo seguro 
17: (a) 2,50 m/s2 
 (b) 10,0 N 
 (c) para a direita 
 (d) 25,0 N 
18: (a) 4,4 m 
 (b) 300,0 m/s 
 (c) i) 2,7 x 104 N 
 ii) 9,0 x 103 N 
 (d) 2,7 x 104 N 
19: (a) Diagrama a seguir 
 
 (b) 3,53 m/s2 
 (c) 120 N 
 (d) 93,3 N 
20) (a) Diagrama a seguir 
 
 (b) 513 N 
21: (a) Diagrama a seguir 
 
 (b) 2Mg/3 
 (c) 5M/9 
22: 
^
3
^
4 N) 104,3()N 107,1( kiF  
23: -6mBt 
24: 


  ^4
2^
1 4
1)( jiv tktk
m
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