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CIÊNCIAS DA NATUREZA E SUAS TECNOLOGIAS F B O N L I N E . C O M . B R ////////////////// Professor(a): Artur Henrique assunto: estáticA de um Ponto mAteriAl frente: FísicA iV OSG.: 121069/17 AULA 16 EAD – MEDICINA Resumo Teórico Nesse estudo iremos analisar os corpos em equilíbrio estático, ou seja, para esses corpos não haverá rotação nem translação. Como o corpo será tratado como um ponto material, suas dimensões não serão consideradas, portanto o mesmo não realiza rotação. Condição de equilíbrio Um ponto material estará em equilíbrio quando a resultante das forças que atuam no mesmo for zero. FR � � = 0 Din mico Est tico Repouso â á : ( ) : ( ) MRU v cte v cte � � � � = ≠ = = 0 0 Linha poligonal Considerando um corpo em equilíbrio, a linha poligonal formada pelas forças que nele atuam será fechada. → F 1 → F 1 → F 4 → F 4 → F 2 → F 2→F 3 → F 3 → F 1 → F 1 → F 4 → F 4 → F 2 → F 2→F 3 → F 3 Método das projeções cartesianas Devemos representar em um plano cartesiano as forças que atuam em um corpo decompondo-as adequadamente sobre os eixos X e Y. Considere o sistema de corpos a seguir em equilíbrio: A B θ Figura 20.12: Sistema de corpos Analisando o corpo A, temos: x y θ FNFN TyTy TxTx T = – PBT = – PB PAPA fat.fat. Método das projeções cartesianas Assim: F f Tx at x �� � ��� ��� � = → + =∑ 0 0. ; F F T Py N y A �� � �� ��� ��� � = → + + =∑ 0 0 Exercícios 01. (Uerj/2016) Em um pêndulo, um fio de massa desprezível sustenta uma pequena esfera magnetizada de massa igual a 0,01 kg. O sistema encontra-se em estado de equilíbrio, com o fio de sustentação em uma direção perpendicular ao solo. Um ímã, ao ser aproximado do sistema, exerce uma força horizontal sobre a esfera, e o pêndulo alcança um novo estado de equilíbrio, com o fio de sustentação formando um ângulo de 45º com a direção inicial. Admitindo a aceleração da gravidade igual a 10 m·s–2, a magnitude dessa força, em newtons, é igual a A) 0,1 B) 0,2 C) 1,0 D) 2,0 2F B O N L I N E . C O M . B R ////////////////// Módulo de estudo OSG.: 121069/17 02. (Mackenzie-SP/2016.1) A θ B Na figura esquematizada acima, os corpos A e B encontram-se em equilíbrio. O coeficiente de atrito estático entre o corpo A e o plano inclinado vale m = 0,500 e o peso do corpo B é P B = 200 N. Considere os fios e as polias ideais e o fio que liga o corpo A é paralelo ao plano inclinado. Sendo sen ,θ = 0 600 e cos ,θ = 0 800, o peso máximo que o corpo A pode assumir é A) 100 N B) 300 N C) 400 N D) 500 N E) 600 N 03. (Vunesp/UEA-AM/2015) A figura mostra uma armação tipo arco e flecha, apoiada em dois cavaletes fixos. 30° 30°cavalete cavalete A flecha, que forma 90º com a linha tracejada na figura, imprime uma força de 40 N no ponto médio da corda ideal, permanecendo em equilíbrio. Sendo sen30 1 2 ° = e cos30 3 2 ° = , o valor da tensão na corda, em newtons, é A) 20 B) 30 C) 25 D) 35 E) 40 04. (PUC-PR) Duas esferas rígidas 1 e 2, de mesmo diâmetro, estão em equilíbrio dentro de uma caixa, como mostra a figura a seguir. 1 2 A B C Considerando nulo o atrito entre todas as superfícies, assinale o diagrama que representa corretamente as forças de contato que agem sobre a esfera 2 nos pontos A, B e C. A) A B C B) A B C C) A B C D) A B C E) A B C 05. (Acafe-SC/2014) O tratamento de tração é a aplicação de uma força de tração sobre uma parte do corpo. A tração ainda é usada principalmente como uma prescrição em curto prazo até que outras modalidades, como a fixação externa ou interna, sejam possíveis. Isso reduz o risco da síndrome do desuso. Seja um paciente de massa 50 kg submetido a um tratamento de tração como na figura a seguir, que está deitado em uma cama onde o coeficiente de atrito entre a mesma e o paciente é m = 0,26. 30º m = ? → T Sabendo-se que o ângulo entre a força de tração e a horizontal é 30°, a alternativa correta que apresenta a máxima massa, em kg, que deve ser utilizada para produzir tal força de tração sem que o paciente se desloque em cima da cama é [Dado: g = 10 m/s2] A) 25 B) 13 C) 10 D) 50 3 F B O N L I N E . C O M . B R ////////////////// OSG.: 121069/17 Módulo de estudo 06. (Fuvest-SP/2012) Um móbile pendurado no teto tem três elefantezinhos presos um ao outro por fios, como mostra a figura. As massas dos elefantes de cima, do meio e de baixo são, respectivamente, 20 g, 30 g e 70 g. Os valores de tensão, em newtons, nos fios superior, médio e inferior são, respectivamente, iguais a Note e adote: Aceleração da gravidade g = 10 m/s2. A) 1,2; 1,0; 0,7. B) 1,2; 0,5; 0,2. C) 0,7; 0,3; 0,2. D) 0,2; 0,5; 1,2. E) 0,2; 0,3; 0,7. 07. (Mackenzie-SP/2009.1) Um quadro, pesando 36,0 N, é suspenso por um fio ideal preso às suas extremidades. Esse fio se apoia em um prego fixo à parede, como mostra a figura. Desprezados os atritos, a força de tração no fio tem intensidade de M 40 cm 40 cm 30 c m A) 20,0 N. B) 22,5 N. C) 25,0 N. D) 27,5 N. E) 30,0 N. 08. (Acafe-SC) No sistema representado na figura a seguir, as massas dos blocos são, respectivamente, m A = 5,0 kg, m B = 10 kg e m P = 15 kg. Suponha que o bloco P esteja em equilíbrio e que não haja atrito entre ele e a superfície. Pode-se afirmar então que o valor da força normal, em newtons, que atua sobre o bloco P é θ A B P Dado: sen ,θ = 0 87; g = 10 m/s2 A) 250. B) 237. C) 150. D) 50. E) 63. 09. (Mackenzie-SP/2006.1) O conjunto seguinte é constituído de polias, fios e mola ideais e não há atrito entre o corpo A e a superfície do plano inclinado. Os corpos A e B possuem a mesma massa. O sistema está em equilíbrio quando a mola M, de constante elástica 2000 N/m, está deformada de 2 cm. (Adote: g = 10 m/s2; cos ,α = 0 8 ; sen ,α = 0 6 .) M B α A A massa de cada um desses corpos é A) 10 kg. B) 8 kg. C) 6 kg. D) 4 kg. E) 2 kg. 10. (Cesgranrio-RJ) Na figura a seguir, uma esfera rígida se encontra em equilíbrio, apoiada em uma parede vertical e presa por um fio ideal e inextensível. Sendo P o peso da esfera e 2P a força máxima que o fio suporta antes de arrebentar, o ângulo formado entre a parede e o fio é de A) 30° α B) 45° C) 60° D) 70° E) 80° 11. (FMIT-MG) Sabendo-se que o sistema a seguir está em equilíbrio e que ele é formado por fios e polias ideais (sem atrito), calcule o valor do peso M em kgf. 20 kgf 20 kgf M 60° 30° 30° 60° A) 40 B) 40 3 C) 10 D) 20 3 E) 10 3 4F B O N L I N E . C O M . B R ////////////////// Módulo de estudo OSG.: 121069/17 12. (UFRGS-RS/2014) Na figura a seguir, blocos idênticos estão suspensos por cordas idênticas em três situações distintas, (1), (2) e (3). M 30° 30° M 60° 60° M 90° 90° (1) (2) (3) Assinale a alternativa que apresenta as situações na ordem crescente de probabilidade de rompimento das cordas. (O sinal de igualdade a seguir indica situações com a mesma probabilidade de rompimento.) A) (3), (2), (1). B) (3), (2) = (1). C) (1), (2), (3). D) (1) = (2), (3). E) (1) = (2) = (3). 13. (Unesp/2011.2) Um lustre está pendurado no teto de uma sala por meio de dois fios inextensíveis, de mesmo comprimento e de massas desprezíveis, como mostra a figura 1, em que o ângulo que cada fio faz com a vertical é 30°. As forças de tensão nos fios têm a mesma intensidade. 30° 60° figura 1 figura 2 Considerando cos 30º ≅ 0,87, se a posição do lustre for modificada e os fios forem presos ao teto mais distantes um do outro, de forma que o ângulo que cada um faz com a vertical passe a ser o dobro do original, como mostra a figura 2, a tensão em cada fio será igual a A) 0,50 do valor original. B) 1,74 do valor original. C) 0,86 do valor original. D) 2,00 do valor original. E) 3,46 do valor original. 14. (Mackenzie-SP) No sistema da figura, em equilíbrio, o corpo A tem massa 12,0 kg. Sendo ideais os fios e as roldanas, a massa do corpo B vale Dados: sen ,α = 0 80 ; cos ,α =0 60 . A B α A) 9,0 kg B) 8,5 kg C) 8,0 kg D) 7,5 kg E) 7,0 kg 15. (EsPCEx/2015) Um cilindro maciço e homogêneo de peso igual a 1000 N encontra-se apoiado, em equilíbrio, sobre uma estrutura composta de duas peças rígidas e iguais, DB e EA, de pesos desprezíveis, que formam entre si um ângulo de 90°, e estão unidas por um eixo articulado em C. As extremidades A e B estão apoiadas em um solo plano e horizontal. O eixo divide as peças de tal modo que DC=EC e CA=CB, conforme a figura a seguir. solo C cabo D E A B desenho ilustrativo - fora de escala 90° g → Um cabo inextensível e de massa desprezível encontra-se na posição horizontal em relação ao solo, unindo as extremidades D e E das duas peças. Desprezando o atrito no eixo articulado e o atrito das peças com o solo e do cilindro com as peças, a tensão no cabo DE é Dados: cos sen45 45 2 2 ° = ° = ; g � é aceleração da gravidade A) 200 N. B) 400 N. C) 500 N. D) 600 N. E) 800 N. Resoluções 01. Ilustremos o problema: N S 45° → F M → – F M → T → P → P: peso do objeto → T: tração no fio → F M : força magnética 5 F B O N L I N E . C O M . B R ////////////////// OSG.: 121069/17 Módulo de estudo De acordo com o método da linha poligonal, temos: 45° → → → → P + T + FM = 0 → → → → P + T + FM = 0 → P → P→ T → T → FM → FM Assim, tg P F F m g F N M M M45 1 0 01 10 0 1° = = ⇒ = ⋅ = × ∴ =, , Resposta: A 02. Tomando o corpo A como referência, temos: → P A(y) → P A(x) A(x ) A A(y) A P P sen P A P P cos = ⋅ θ→ = ⋅ θ → T = → P B 1—2 ten dên cia de m ov. A →f at. → F N Aplicando as condições de equilíbrio, temos: F P f T F F P x A x at y N A y �� � ��� ��� � � �� � �� ��� � = → + + = = → + = ∑ ∑ 0 0 0 0 ( ) . ( ) Desenvolvendo a direção x, temos: P f T P T f f F F P T P A x at A x at at N N A y B ��� ��� � � ( ) . ( ) . . ( ) / + + = ⇒ = + → = ⋅ = = 0 µ 22 Assim, dados µ θ θ = = = = 0 500 0 600 0 800 200 , sen , cos , P NB , temos: P T f P P PA x at A B A( ) . sen cos= + ⇒ ⋅ = + ⋅ ⋅θ µ θ2 P P P P A B A Bsen cos sen cos θ µ θ θ µ θ −( ) = ∴ = −( )2 2 Em termos numéricos: P P NA A= − ⋅( ) ∴ = 200 2 0 6 0 5 0 8 500 , , , Resposta: D 03. De acordo com as informações do enunciado, obtemos o seguinte diagrama de forças: x y 30°30° → T → T → T → T → F → F → T → T → Tx → Tx → Ty → Ty → Ty → Ty Aplicando as condições de equilíbrio, temos: F satisfeita por simetria F F T x y y �� � �� � � ��� � = → = → + = ∑ ∑ 0 0 2 0 Assim, desenvolvendo a direção vertical, temos: F Ty= 2 , F N T T Ty = = ⋅ ° = 40 30 1 2 sen Logo, 40 2 1 2 40= ⋅ ∴ =T T N Resposta: E 04. As forças de contato são normais às superfícies de apoio. Usando o método da linha poligonal, concluímos que o único esquema vetorial capaz de garantir o equilíbrio é o da alternativa A, conforme mostramos a seguir. Deste modo, temos: A C B2 Resposta: A 05. Construindo o DCL para o sistema, em que consideraremos o paciente como ponto material, temos: x y 30° → FN → FN → T → T → Ty → Ty → Tx → Tx → Ppaciente → Ppaciente → fat. → fat. 6F B O N L I N E . C O M . B R ////////////////// Módulo de estudo OSG.: 121069/17 Como o sistema está em equilíbrio, a intensidade da tração T, é igual ao módulo do peso (P) do bloco pendurado, ou seja: T P m= = 10 Aplicando as condições de equilíbrio, temos: F f T F F T P x at x y N y paciente �� � ��� ��� � �� � �� ��� � � = → + = = → + + = ∑ ∑ 0 0 0 0 . Vamos desenvolver a horizontal, primeiro: f T f Tat x at x. . ��� ��� � + = ⇒ =0 , f F T T at N x . cos = ⋅ = ⋅ ° µ (imin ncia de mov.)ê 30 Deste modo, f T F m F m at x N N. , cos , = ⇒ ⋅ = ⋅ °∴ =0 26 10 30 5 3 0 26 (I) Agora, desenvolveremos a direção vertical, F T P F T PN y paciente N y paciente �� ��� � � + + = ⇒ + =0 , T T P N y paciente = ⋅ ° = ⋅ = sen30 50 10 500 Assim, F P T F mN paciente y N= − ∴ = −500 5 (II) Finalmente, comparando (I) e (II), temos: 5 3 0 26 500 5 3 0 26 100 3 26 0 26 3 0 26 26 m m m m m m m , , , , = − ⇒ = − = − ⇒ +( ) = ∴ ≈m kg13 Resposta: B 06. Sejam os diagramas de corpo livre para cada elefante, ordenados de cima para baixo: Admitindo que estejam em equilíbrio, temos: T P T1 1 2 0 �� �� ��� � + + = ; T P T2 2 3 0 ��� �� ��� � + + = ; T P3 3 0 ��� �� � + = . Calculemos inicialmente a tração no fio que une os elefantes 3 e 2 (fio 3): T P T T N3 3 3 3 370 10 10 0 7= ⇒ = ⋅ ⋅ ∴ = − , No fio que une os elefantes 1 e 2, temos: T P T T T N2 2 3 2 3 230 10 10 0 7 1 0= + ⇒ = ⋅ ⋅ + ∴ = − , , Finalmente, no fio que une o elefante 1 ao suporte do móbile, temos: T P T T T N1 1 2 1 3 120 10 10 1 0 1 2= + ⇒ = ⋅ ⋅ + ∴ = − , , Resposta: A 07. Estando o quadro em equilíbrio estático e tomando o prego como referência, temos: x y θ θ T T Ty Ty Pquadro Tx Tx � � � � � � Agora, apliquemos as condições de equilíbrio: F satisfeita F T P x y y quadro �� � �� � ��� � = = → + = ∑ ∑ 0 0 2 0 ( : por simetria) �� Desenvolvendo a direção y, temos: P Tquadro y= ⋅2 , T Ty = ⋅{ senθ Calculemos o senθ: 40 cm 30 c m h h h cm2 2 230 40 50= + ∴ = senθ = = 30 50 3 5 Assim, P T T P T Nquadro y quadro= ⋅ ⇒ = ⋅ = ⋅ ∴ =2 2 36 2 3 5 30 senθ Resposta: E 08. Vamos aplicar o método das projeções, usando como centro do plano cartesiano o corpo P. x y θ T PPB B= FN TPB(y) PP T PAP A= TPB(x) → → → → → → 7 F B O N L I N E . C O M . B R ////////////////// OSG.: 121069/17 Módulo de estudo Das condições de equilíbrio, temos: F T T F F T y x AP PB x y N PB �� � � ��� � �� � �� � �� � �� �� = → + = = → + + = ∑ 0 0 0 0 ( ) P( ) P �� ∑ Desenvolvendo a direção y, temos: F TN PB y �� � �� �� � + + =( ) PP 0 F T PN PB y P+ =( ) , T T T P N P N PB y PB PB B P ( ) sen sen , = ⋅ → = = = = θ θ 100 0 87 150 Assim, F F NN N+ = ∴ =87 150 63 Resposta: E 09. Como o sistema está em equilíbrio, qualquer direção A resultante das forças deve ser nula. Assim, escolhendo a direção paralela ao plano inclinado, temos: A T = P B Fel. P A(x) α x Aplicando a condição de equilíbrio na direção escolhida, temos: Fx �� � =∑ 0 P F T P F PA x el A x el B ��� � � � ( ) . ( ) .+ + = ⇒ + =0 Onde, P P P P mg m F k x k N m x A x A A B el ( ) . sen sen , . / = ⋅ → = = = = = ⋅ → = = α α 10 0 6 2 000 22 2 10 2cm m= ⋅ − Deste modo, desenvolvendo a expressão anterior, temos: P F P m m m kgA x el B( ) . , .+ = ⇒ ⋅ + ⋅ ⋅ = ∴ = −10 0 6 2 000 2 10 10 102 . Resposta: A 10. A figura a seguir mostra as forças que atuam na esfera. Aplicando as condições de equilíbrio, temos: F T F F T P x x N y y �� � � �� � �� � � � � = → + = = → + = ∑ ∑ 0 0 0 0 ( ) ( ) Desenvolvendo a direção vertical, T Py( ) = , T T T P y( ) cos= ⋅ = α 2 Assim, 2 1 2 60P P⋅ = ⇒ = ∴ = °cos cosα α α Resposta: C x y FN T(y) P T(x) αT �� �� 11. Diagrama de forças aplicadas ao bloco de peso M: x y 60° T T T y T x T x T y M 60° � �� � �� Aplicando as condições de equilíbrio, temos: F satisfeita F T M x y y �� � �� � ��� �� � = = → + = ∑ ∑ 0 0 2 0 ( : por simetria) Desenvolvendo a direção y, temos: M Ty= ⋅2 , T T T kgf y = ⋅ ° = sen60 20 Logo, M T M M kgfy= ⋅ ⇒ = ⋅ ⋅ ∴ =2 2 20 3 2 20 3 Resposta: D 12. Diagrama de forças: x y θ θ T T Ty Ty Pquadro Tx Tx �� � � �� Quando em equilíbrio, temos: F satisfeita F T P x y y quadro �� � �� � ��� � = = → + = ∑ ∑ 0 0 2 0 ( : por simetria) �� Desenvolvendo a direção vertical, temos: 2T Py quadro= , T Ty = ⋅{ senθ Deste modo, T Pquadro= ⋅2 senθ A probabilidade de rompimento do fio é proporcional à tração exercida sobre ele. Como essa tração é inversamente proporcionalao seno do ângulo entre a horizontal e o fio, temos que: sen sen sen( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )θ θ θ1 2 3 1 2 3< < → > >T T T Resposta: A 8F B O N L I N E . C O M . B R ////////////////// Módulo de estudo OSG.: 121069/17 13. Decompondo as trações em cada fio, temos: x y T1 T1 T1y P T1x T1x T1y 30° 30° x y T2 T2y P T2x T2x 60° 60° T2y T2 �� � � �� �� �� � � x y T1 T1 T1y P T1x T1x T1y 30° 30° x y T2 T2y P T2x T2x 60° 60° T2y T2 �� � � �� �� �� � � Tração no primeiro fio: P T y= ⋅2 1 , T Ty1 1 30= ⋅ °cos 2 30 2 2 3 1 1⋅ ⋅ ° = ∴ =T P T P cos Tração no segundo fio: P T y= ⋅2 2 , T Ty2 2 60= ⋅ °cos 2 60 2 22 2 ⋅ ⋅ ° = ∴ =T P T P cos Comparando as trações, temos: T T P P 2 1 2 2 3 3= = Logo, a tração no fio 2 é 3 vezes maior que a original (tração no fio 1) ou cerca de 1,74 vezes. Resposta: B 14. Marcamos os módulos das trações nos fios, bem como os pesos dos blocos, para inseri-los no plano cartesiano: α T1 T1 T2 T2 T2 T2 T3 T3 A PA PB B � � � � � � � �� � Conforme a próxima figura: T1 T1 (x) T2 T1 (y) x y T3 α � � �� Condições de equilíbrio: F T T F T T x x y y �� � �� ��� � �� � �� ��� � = → + = = → + = ∑ ∑ 0 0 0 0 1 2 1 3 ( ) ( ) Na direção horizontal (x), temos: T Tx1 2( ) = , T T T P m x B B 1 1 2 10 ( ) cos= ⋅ = = α T mB1 0 6 10⋅ =, (I) Na direção vertical (y), temos: T Ty1 3( ) = , T T T P N y A 1 1 3 120 ( ) sen= ⋅ = = α T T N1 10 8 120 150⋅ = ∴ =, (II) Substituindo (II) em (I), temos: 150 0 6 10 9 0⋅ = ∴ =, ,m m kgB B Resposta: A 15. Decompondo as forças que atuam no cilindro, temos: FN FN FN (y) x y P 45° 45° FN (x) FN (y) FN (x) �� � � �� � Condições de equilíbrio: F satisfeita F F P x y N y �� � �� � �� � � = = → + = ∑ ∑ 0 0 2 0 ( ( ) por simetria) 9 F B O N L I N E . C O M . B R ////////////////// OSG.: 121069/17 Módulo de estudo Desenvolvendo a direção y, vamos calcular a intensidade da força normal (F N ) que as peças exercem sobre o cilindro: 2F PN y( ) = , F F P N N y N( ) sen . = ⋅ ° = 45 1 000 2 2 2 1000 1000 2 F F NN N⋅ = ⇒ = Para evitar que as peças se afastem, a tração no cabo deve ter a mesma intensidade da componente horizontal da força normal, ou seja: T Fcabo N x= ( ) , F FN x N( ) cos cos = ⋅ ° ° = 45 45 2 2 T T Ncabo cabo= ⋅ ∴ = 1 000 2 2 2 500 . Resposta: C Anotações SUPERVISOR/DIRETOR: MARCELO PENA – AUTOR: ARTUR HENRIQUE DIG.: REJANE – REV.: MAYARA 10F B O N L I N E . C O M . B R ////////////////// Módulo de estudo OSG.: 121069/17 11 F B O N L I N E . C O M . B R ////////////////// OSG.: 121069/17 Módulo de estudo 12F B O N L I N E . C O M . B R ////////////////// Módulo de estudo OSG.: 121069/17 13 F B O N L I N E . C O M . B R ////////////////// OSG.: 121069/17 Módulo de estudo
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