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http://bit.ly/fisicafundamental Física – Prof. Augusto Melo DATA: NOME: Atrito entre sólidos Introdução: O atrito é um fenômeno de grande importância no acontecimento de determinados fatos em nossa vida diária. Se, por um lado, apresenta um caráter útil, por outro, revela um caráter indesejável. A força de atrito se manifesta em um corpo que esteja em contato com uma superfície áspera, desde que o corpo esteja em movimento ou apresente tendência a entrar em movimento. Se não fosse o atrito, não seria possível caminhar sobre o solo. Se não fosse o atrito, seria impraticável o movimento de um carro convencional sobre o asfalto. O atrito também se manifesta em várias situações como agente dissipador de formas de energia. Como surge a força de atrito? Uma superfície qualquer, por mais bem polida que seja, sempre apresenta irregularidades: saliências e reentrâncias, altos e baixos, enfim, asperezas. É comum nos depararmos com a tarefa de empurrar algum objeto pesado, como um guarda roupa, e encontrarmos alguma dificuldade para tirá-lo do lugar. Tal dificuldade vem do fato de o chão e a base do guarda roupa serem ásperos, e também de o guarda roupa ser muito pesado. Observamos também que não conseguimos mover o guarda roupa de imediato. É preciso fazer uma força relativamente grande, e – depois que se consegue estabelecer o movimento – é mais fácil manter o guarda roupa nesse estado do que tirá-lo do lugar. Essa situação se explica pela existência de dois tipos de atrito: o estático e o cinético. Características da força de atrito onde: • Fat = força de atrito [newton (N)] • µest = coeficiente de atrito estático • µdinâmico = coeficiente de atrito dinâmico • N = força normal [newton (N)] O atrito estático é aquele que acontece quando uma força age em um corpo sem fazer com que se mova. Considere a seguinte situação: um corpo é empurrado, mas a força com que é empurrado não faz com que deslize na superfície. Isso indica que a força de atrito agiu impedindo o seu movimento. resultante solicitante0 atF F F= = Com o corpo na iminência de entrar em movimento (atrito de destaque): resultante solicitante0 atF F F= = máximoat est F N= Quando em movimento a força de atrito permanece com módulo constante, independentemente da força solicitante (força externa). cinéticoat cin F N= http://bit.ly/amfisica Física – Prof. Augusto Melo 2 Atrito entre sólidos Representação gráfica do atrito Aplicações do atrito entre os sólidos Freio ABS O freio ABS (acrônimo para a expressão alemã Antiblockier-Bremssystem, embora mais frequentemente traduzido para a inglesa Anti-lock Breaking System) é um sistema de frenagem (travagem) que evita que a roda bloqueie (quando o pedal de freio é pisado fortemente) e entre em derrapagem, deixando o automóvel sem aderência à pista. Assim, evita-se o descontrole do veículo (permitindo que obstáculos sejam desviados enquanto se freia) e aproveita-se mais o atrito estático, que é maior que o atrito cinético (de deslizamento). Deslocamento de uma pessoa As forças de atrito são opostas à tendência de movimento ou ao movimento relativo das superfícies em contanto e são tangentes a essas superfícies. Deslocamento de um veículo Podemos observar o mesmo fato no movimento das rodas de um carro ligadas ao motor. Essas rodas são chamadas “rodas de tração motora”: o movimento de seu eixo é comandado pelo motor do carro. Quando aceleramos um carro, as rodas de tração motora “empurram” o chão para trás e, pelo princípio da ação e reação, o chão para trás e, pelo princípio da ação e reação, o chão exerce uma força de mesma intensidade e sentido contrário, movimentando o automóvel. Ainda com o carro em movimento acelerado, a roda que não tem tração motora “empurra” o chão para a frente e, na http://bit.ly/amfisica Física – Prof. Augusto Melo 3 Atrito entre sólidos roda, a força de atrito tem sentido oposto, como indica a figura. Assim, ao acelerarmos o carro, as forças de atrito nas rodas de tração têm o mesmo sentido do movimento do automóvel; nas rodas não tracionadas, têm sentido oposto. Plano inclinado Equilíbrio na vertical Cabo de guerra O vencedor da disputa será aquele que for submetido a maior força de atrito com a superfície de apoio. Transporte horizontal de um corpo através do atrito http://bit.ly/amfisica Física – Prof. Augusto Melo 4 Atrito entre sólidos Força de resistência do ar É aquela que age em um corpo que se move numa região onde existe ar, agindo sempre contrária ao movimento. Queda de uma gota de chuva Exercícios 01. (Enem) Num sistema de freio convencional, as rodas do carro travam e os pneus derrapam no solo, caso a força exercida sobre o pedal seja muito intensa. O sistema ABS evita o travamento das rodas, mantendo a força de atrito no seu valor estático máximo, sem derrapagem. O coeficiente de atrito estático da borracha em contato com o concreto vale e 1,0μ = e o coeficiente de atrito cinético para o mesmo par de materiais é µC = 0.75. Dois carros, com velocidades iniciais iguais a 108 km/h, iniciam a frenagem numa estrada perfeitamente horizontal de concreto no mesmo ponto. O carro 1 tem sistema ABS e utiliza a força de atrito estática máxima para a frenagem; já o carro 2 trava as rodas, de maneira que a força de atrito efetiva é a cinética. Considere g = 10 m/s2. As distâncias, medidas a partir do ponto em que iniciam a frenagem, que os carros 1 (d1) e 2 (d2) percorrem até parar são, respectivamente, a) d1 = 45 m e d2 = 60 m. b) d1 = 60 m e d2 = 45 m. c) d1 = 90 m e d2 = 120 m. d) d1 = 580 m e d2 = 780 m. e) d1 = 780 m e d2 = 580 m. 02. (Enem) Uma pessoa necessita da força de atrito em seus pés para se deslocar sobre uma superfície. Logo, uma pessoa que sobe uma rampa em linha reta será auxiliada pela força de atrito exercida pelo chão em seus pés. Em relação ao movimento dessa pessoa, quais são a direção e o sentido da força de atrito mencionada no texto? a) Perpendicular ao plano e no mesmo sentido do movimento. b) Paralelo ao plano e no sentido contrário ao movimento. c) Paralelo ao plano e no mesmo sentido do movimento. d) Horizontal e no mesmo sentido do movimento. e) Vertical e sentido para cima. 03. (Enem) Os freios ABS são uma importante medida de segurança no trânsito, os quais funcionam para impedir o travamento das rodas do carro quando o sistema de freios é acionado, liberando as rodas quando estão no limiar do deslizamento. Quando as rodas travam, a força de frenagem é governada pelo atrito cinético. As representações esquemáticas da força de atrito fat entre os pneus e a pista, em função da pressão p aplicada no pedal de freio, para carros sem ABS e com ABS, respectivamente, são: a) b) c) d) http://bit.ly/amfisicaFísica – Prof. Augusto Melo 5 Atrito entre sólidos e) 04. (Enem) O freio ABS é um sistema que evita que as rodas de um automóvel sejam bloqueadas durante uma frenagem forte e entrem em derrapagem. Testes demonstram que, a partir de uma dada velocidade, a distância de frenagem será menor se for evitado o bloqueio das rodas. O ganho na eficiência da frenagem na ausência de bloqueio das rodas resulta do fato de a) o coeficiente de atrito estático tornar-se igual ao dinâmico momentos antes da derrapagem. b) o coeficiente de atrito estático ser maior que o dinâmico, independentemente da superfície de contato entre os pneus e o pavimento. c) o coeficiente de atrito estático ser menor que o dinâmico, independentemente da superfície de contato entre os pneus e o pavimento. d) a superfície de contato entre os pneus e o pavimento ser maior com as rodas desbloqueadas, independentemente do coeficiente de atrito. e) a superfície de contato entre os pneus e o pavimento ser maior com as rodas desbloqueadas e o coeficiente de atrito estático ser maior que o dinâmico. 05. (IFMG) Uma caixa, inicialmente em repouso, sobre uma superfície horizontal e plana, é puxada por um operário que aplica uma força variando linearmente com o tempo. Sabendo-se que há atrito entre a caixa e a superfície, e que a rugosidade entre as áreas em contato é sempre a mesma, a força de atrito, no decorrer do tempo, está corretamente representada pelo gráfico a) b) c) d) e) 06. (UNIFOR) Sobre um paralelepípedo de granito de massa m = 900 kg, apoiado sobre um terreno plano e horizontal, é aplicada uma força paralela ao plano de F = 2900 N. Os coeficientes de atrito dinâmico e estático entre o bloco de granito e o terreno são 0,25 e 0,35, respectivamente. Considere a aceleração da gravidade local igual a 10 m/s2. Estando inicialmente em repouso, a força de atrito que age no bloco é, em newtons: a) 2250 c) 3150 e) 9000 b) 2900 d) 7550 07. (Espcex) Um trabalhador da construção civil tem massa de 70 kg e utiliza uma polia e uma corda ideais e sem atrito para transportar telhas do solo até a cobertura de uma residência em obras, conforme desenho abaixo. O coeficiente de atrito estático entre a sola do sapato do trabalhador e o chão de concreto é e 1,0μ = e a massa de cada telha é de 2 kg. O número máximo de telhas que podem ser sustentadas em repouso, acima do solo, sem que o trabalhador deslize, permanecendo estático no solo, para um ângulo θ entre a corda e a horizontal, é: Dados: 2 Aceleração da gravidade : g 10 m / s cos 0,8 sen 0,6 θ θ = = = a) 30 c) 20 e) 10 b) 25 d) 16 08. (UFPR) Um avião voa numa trajetória retilínea e horizontal próximo à superfície da Terra. No interior da aeronave, uma maleta está apoiada no chão. O coeficiente de atrito estático entre a maleta e o chão do avião é μ e a aceleração da gravidade no local do voo é g. Considerando esta situação, analise as seguintes afirmativas: 1. Se a maleta não se mover em relação ao chão do avião, então um passageiro pode concluir corretamente, sem acesso a qualquer outra informação, que o avião está se deslocando com velocidade constante em relação ao solo. 2. Se o avião for acelerado com uma aceleração superior a g,μ então o passageiro verá a maleta se mover para trás do avião, enquanto um observador externo ao avião, em repouso em relação à superfície da Terra, verá a maleta se mover no mesmo sentido em que o avião se desloca. 3. Para um mesmo valor da aceleração da aeronave http://bit.ly/amfisica Física – Prof. Augusto Melo 6 Atrito entre sólidos em relação à Terra, com módulo maior que g,μ maletas feitas de mesmo material e mesmo tamanho, mas com massas diferentes, escorregarão no interior do avião com o mesmo valor da aceleração em relação ao chão da aeronave. Assinale a alternativa correta. a) Somente a afirmativa 1 é verdadeira. b) Somente a afirmativa 3 é verdadeira. c) Somente as afirmativas 1 e 2 são verdadeiras. d) Somente as afirmativas 2 e 3 são verdadeiras. e) Somente as afirmativas 1 e 3 são verdadeiras. 09. (UFSM) O sangue é um exemplo de fluido real, responsável pelo transporte das substâncias necessárias à vida em grande parte dos seres vivos. Uma propriedade hidrodinâmica importante é a pressão exercida pelo sangue sobre os vasos sanguíneos. Essa grandeza varia grandemente ao longo do circuito vascular, tal que, em seres humanos saudáveis, ela tem um valor máximo de 120 mmHg quando sai do coração e cai a 4 mmHg ao retomar a esse órgão. A que pode ser atribuída a queda de pressão ocorrida ao longo do circuito vascular? a) Ao atrito entre o sangue e as paredes dos vasos. b) À redução da vazão sanguínea ao longo do circuito. c) À redução da área da seção reta dos vasos. d) À transição do regime de escoamento laminar para turbulento. e) Ao aumento da densidade do sangue. 10. (FGV) A figura representa dois alpinistas A e B, em que B, tendo atingido o cume da montanha, puxa A por uma corda, ajudando-o a terminar a escalada. O alpinista A pesa 1 000 N e está em equilíbrio na encosta da montanha, com tendência de deslizar num ponto de inclinação de 60° com a horizontal (sen 60° = 0,87 e cos 60° = 0,50); há atrito de coeficiente 0,1 entre os pés de A e a rocha. No ponto P, o alpinista fixa uma roldana que tem a função exclusiva de desviar a direção da corda. A componente horizontal da força que B exerce sobre o solo horizontal na situação descrita, tem intensidade, em N, a) 380 c) 500 e) 920 b) 430 d) 820 11. (UEPB) Um jovem aluno de física, atendendo ao pedido de sua mãe para alterar a posição de alguns móveis da residência, começou empurrando o guarda-roupa do seu quarto, que tem 200 kg de massa. A força que ele empregou, de intensidade F, horizontal, paralela à superfície sobre a qual o guarda-roupa deslizaria, se mostrou insuficiente para deslocar o móvel. O estudante solicitou a ajuda do seu irmão e, desta vez, somando à sua força uma outra força igual, foi possível a mudança pretendida. O estudante, desejando compreender a situação- problema vivida, levou-a para sala de aula, a qual foi tema de discussão. Para compreendê-la, o professor apresentou aos estudantes um gráfico, abaixo, que relacionava as intensidades da força de atrito (fe, estático, e fc, cinético) com as intensidades das forças aplicadas ao objeto deslizante. Com base nas informações apresentadas no gráfico e na situação vivida pelos irmãos, em casa, é correto afirmar que a) o valor da força de atrito estático é sempre maior do que o valor da força de atrito cinético entre as duas mesmas superfícies. b) a força de atrito estático entre o guarda-roupa e o chão é sempre numericamente igual ao peso do guarda-roupa. c) a força de intensidade F, exercida inicialmente pelo estudante, foi inferior ao valor da força de atrito cinético entre o guarda-roupa e o chão. d) a força resultante da ação dos dois irmãos conseguiu deslocar o guarda-roupa porque foi superior ao valor máximo da força de atrito estático entre o guarda-roupa e o chão. e) a força resultante da ação dos dois irmãos conseguiu deslocar o guarda-roupa porque foi superior à intensidade da força de atrito cinético entre o guarda-roupa e o chão. 12. (Enem) Uma pessoa necessita da força de atrito em seus pés para se deslocar sobre uma superfície. Logo, uma pessoa que sobe uma rampa em linha reta será auxiliada pela força de atrito exercida pelo chão em seus pés. Em relação ao movimento dessa pessoa, quais são a direção e o sentido da força de atrito mencionada no texto?a) Perpendicular ao plano e no mesmo sentido do movimento. b) Paralelo ao plano e no sentido contrário ao movimento. c) Paralelo ao plano e no mesmo sentido do movimento. d) Horizontal e no mesmo sentido do movimento. e) Vertical e sentido para cima. http://bit.ly/amfisica Física – Prof. Augusto Melo 7 Atrito entre sólidos 13. (UESPI) Dois blocos idênticos, de peso 10 N, cada, encontram-se em repouso, como mostrado na figura a seguir. O plano inclinado faz um ângulo θ = 37° com a horizontal, tal que são considerados sen(37°) = 0,6 e cos(37°) = 0,8. Sabe-se que os respectivos coeficientes de atrito estático e cinético entre o bloco e o plano inclinado valem eμ = 0,75 e cμ = 0,25. O fio ideal passa sem atrito pela polia. Qual é o módulo da força de atrito entre o bloco e o plano inclinado? a) 1 N c) 7 N e) 13 N b) 4 N d) 10 N 14. (IFPE) Um bloco com massa 8 kg desce uma rampa de 5,0 m de comprimento e 3 m de altura, conforme a figura abaixo. O coeficiente de atrito cinético entre o bloco e a rampa é 0,4 e a aceleração da gravidade é 10 m/s2. O trabalho realizado sobre o bloco pela força resultante, em joules, é: a) 112 c) 256 e) 510 b) 120 d) 480 15. (UTFPR) No estudo do atrito, podemos observar que ele oferece vantagens e desvantagens. Assinale a única alternativa que descreve uma situação de desvantagem. a) Possibilita a locomoção de carros e pessoas devido à aderência dos pneus e pés ao solo. b) Necessidade de maior quantidade de energia para movimentar maquinários, o que é consequência da necessidade de menor força para qualquer movimento. c) Possibilita que veículos sofram o processo de frenagem. d) Responsável direto pelo funcionamento de máquinas acionadas através de correias. e) Permite o desgaste de grafite para a escrita em superfícies de papel. 16. Um trenó de neve é puxado por oito cachorros, realizando um movimento retilíneo com velocidade de módulo constante em uma estrada horizontal. Na figura abaixo, pode-se vê-lo de cima. Sobre o trenó estão: um homem, carnes sobre panos, alguns troncos de árvore e uma caixa. Com base no exposto e desconsiderando as massas das cordas e a resistência do ar, assinale a alternativa correta. a) Todos os cachorros aplicam sobre o trenó forças de mesma intensidade. b) A força normal sobre o trenó tem maior módulo que a força peso do trenó. c) Sobre o trenó não existe força de atrito. d) O módulo da força resultante sobre o trenó é a soma das forças aplicadas pelos cachorros sobre as cordas. 17. A figura abaixo representa um bloco de massa 2,0 kg, que se mantém em repouso, sobre uma superfície plana horizontal, enquanto submetido a uma força F paralela à superfície e de intensidade variável. O coeficiente de atrito estático entre o bloco e a superfície vale 0,25. Considere 2g 10 m s .= Assinale a alternativa que melhor representa o gráfico do módulo da força de atrito estático ef em função do módulo da força aplicada. a) b) c) d) e) http://bit.ly/amfisica Física – Prof. Augusto Melo 8 Atrito entre sólidos 18. A figura a seguir, em que as polias e os fios são ideais, ilustra uma montagem realizada num local onde a aceleração da gravidade é constante e igual a g, a resistência do ar e as dimensões dos blocos A, B, C e D são desprezíveis. O bloco B desliza com atrito sobre a superfície de uma mesa plana e horizontal, e o bloco A desce verticalmente com aceleração constante de módulo a. O bloco C desliza com atrito sobre o bloco B, e o bloco D desce verticalmente com aceleração constante de módulo 2a. As massas dos blocos A, B e D são iguais, e a massa do bloco C é o triplo da massa do bloco A. Nessas condições, o coeficiente de atrito cinético, que é o mesmo para todas as superfícies em contato, pode ser expresso pela razão a) a g b) g a c) 2g 3a d) 3a 2g 19. Considere um carro que se desloque em linha reta de modo que um de seus pneus execute um movimento circular uniforme em relação ao seu eixo. Suponha que o pneu não desliza em relação ao solo. Considere as porções do pneu que estão com a estrada. No exato instante desse contato, a velocidade relativa dessas porções em relação ao solo é a) proporcional à velocidade angular do pneu. b) igual à velocidade do centro da roda. c) zero. d) proporcional à velocidade linear do carro. 20. Um automóvel de 500 kg de massa sofreu uma pane, então o proprietário chamou o guincho. Ao chegar, o guincho baixou a rampa, engatou o cabo de aço no automóvel e começou a puxá-lo. Quando o automóvel estava sendo puxado sobre a rampa, subindo com velocidade constante, conforme a figura, o cabo de aço fazia uma força de 5000 N. Com base no exposto, marque a alternativa que indica o módulo da força de atrito sobre o automóvel no instante mostrado na figura. a) 4000 N b) 5000 N c) 2500 N d) 1500 N 21. (Enem PPL 2019) O curling é um dos esportes de inverno mais antigos e tradicionais. No jogo, dois times com quatro pessoas têm de deslizar pedras de granito sobre uma área marcada de gelo e tentar colocá-las o mais próximo possível do centro. A pista de curling é feita para ser o mais nivelada possível, para não interferir no decorrer do jogo. Após o lançamento, membros da equipe varrem (com vassouras especiais) o gelo imediatamente à frente da pedra, porém sem tocá-la. Isso é fundamental para o decorrer da partida, pois influi diretamente na distância percorrida e na direção do movimento da pedra. Em um lançamento retilíneo, sem a interferência dos varredores, verifica-se que o módulo da desaceleração da pedra é superior se comparado à desaceleração da mesma pedra lançada com a ação dos varredores. A menor desaceleração da pedra de granito ocorre porque a ação dos varredores diminui o módulo da a) força motriz sobre a pedra. b) força de atrito cinético sobre a pedra. c) força peso paralela ao movimento da pedra. d) força de arrasto do ar que atua sobre a pedra. e) força de reação normal que a superfície exerce sobre a pedra. 22. Para vencer o atrito e deslocar um grande contêiner C, no sentido indicado, é necessária uma força horizontal que supere 500 N. Na tentativa de movê-lo, blocos de massa m = 15 kg são pendurados em um fio, que é esticado entre o contêiner e o ponto P na parede, como na figura. Para movimentar o contêiner, é preciso pendurar no fio, no mínimo: (Adote g = 10 m/s2.) a) 1 bloco. b) 2 blocos. c) 3 blocos. d) 4 blocos. e) 5 blocos. http://bit.ly/amfisica Física – Prof. Augusto Melo 9 Atrito entre sólidos 23. Considere duas caixas, A e B, de massas respectivamente iguais a 10 kg e 40 kg, apoiadas sobre a carroceria de um caminhão que trafega em uma estrada reta, plana e horizontal. No local, a influência do ar é desprezível. Os coeficientes de atrito estático entre A e B e a carroceria valem μA = 0,35 e μB = 0,30 e, no local, g = 10 m/s2. Para que nenhuma das caixas escorregue, a maior aceleração (ou desaceleração) permitida ao caminhão tem intensidade igual a: a) 3,5 m/s2 b) 3,0 m/s2 c) 2,5 m/s2 d) 2,0 m/s2 e) 1,5 m/s2 24. Na figura, uma caixa de peso igual a 30 kgf é mantida em equilíbrio, na iminência de deslizar,comprimida contra uma parede vertical por uma força horizontal �⃗�. Sabendo que o coeficiente de atrito estático entre a caixa e a parede é igual a 0,75, determine, em kgf a intensidade da força de contato que a parede aplica na caixa. 25. Na situação esquematizada na figura, o fio e a polia são ideais; despreza-se o efeito do ar e adota-se g = 10 m/s2. sen θ = 0,60 cos θ = 0,80 Sabendo que os blocos A e B têm massas iguais a 5,0 kg e que os coeficientes de atrito estático e cinético entre B e o plano de apoio valem, respectivamente, 0,45 e 0,40, determine a intensidade da força de tração no fio. GABARITO 01 02 03 04 05 A C A B B 06 07 08 09 10 B B D A D 11 12 13 14 15 D C B A B 16 17 18 19 20 B C D C D 21 22 23 24 25 B D B 50 kgf 48 N Anotações:
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