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FÍSICA MÓDULO 04 CBMERJ 1 Todas os exercícios da apostila que tiverem essa câmera , estão gravados em vídeo para você. Nossos professores resolveram as questões, comentando cada detalhe para te ajudar na hora de estudar. Muitas questões trazem dicas preciosas. Não deixe de assistir aos vídeos dentro da plataforma on-line do Perspectiva e bons estudos! Leis de Newton, aplicações, força de atrito e força elástica Força Força, para Newton, é a ação que produz aceleração, isto é, variação de velocidade. Convém lembrar que a velocidade e a aceleração são grandezas vetoriais. Assim, quando se fala em variação de velocidade, essa variação pode ser do módulo, da direção ou do sentido da velocidade. As forças podem ser de contato, como, por exemplo, a força em que a Terra atrai um objeto largado de certa altura. As forças de ação a distância são também chamadas de forças de campo. Primeira Lei de Newton Todo corpo em repouso ou em movimento retilíneo uniforme continua nesses estados, a menos que seja obrigado a alterá-los por forças aplicadas sobre ele. Assim, desde que nenhuma força atue sobre um corpo, estando ele em repouso, deverá ficar eternamente em repouso. Para tirarmos o corpo do repouso devemos aplicar sobre ele uma força: mas se, após iniciado o movimento retilíneo uniforme (MRU). Consideremos agora um corpo livre da ação de forças que já esteja em movimento retilíneo uniforme: se aplicarmos uma força a esse corpo, provocaremos uma alteração em sua velocidade, isto é, uma aceleração. Segundo Newton, a matéria possui inércia. A inércia de um corpo é a propriedade que esse corpo tem de resistir à mudança de sua velocidade. Somente conseguimos alterar a velocidade do corpo aplicando sobre ele uma força. Dado um corpo livre da ação de forças, é costume dizer que: 1) Se o corpo estiver em repouso deverá, por inércia, permanecer em repouso; 2) Se o corpo estiver em MRU deverá, por inércia, manter esse movimento. A Primeira Lei de Newton nos informa, então, qual é o comportamento de um corpo na ausência de forças. Mas essa é obviamente uma situação ideal. Na prática, nunca encontramos um corpo livre de ação de forças. No entanto, é possível encontrar situações em que, apesar de haver forças atuando no corpo, a resultante dessas forças é nula e, assim, é como se não houvesse nenhuma força atuando. Assim segundo Newton, a inércia de um corpo é proporcional à massa do corpo. Assim, podemos considerar a massa como uma medida de inércia. A Primeira Lei de Newton é também chamada de Lei da Inércia ou Princípio da Inércia. Segunda Lei de Newton Newton enunciou sua segunda lei de maneira muito complexa para quem está se iniciando no estudo da Dinâmica. Assim, é costume, por razões didáticas, apresentar um enunciado simplificado dessa lei. Um modo simplificado de enunciar a segunda lei é o seguinte: Sendo F a resultante de todas as forças que atuam sobre um ponto material de massa m, temos: F=m.a onde a é a aceleração do ponto material. Essa lei costuma ser chamada de Lei Fundamental da Dinâmica ou Princípio Fundamental da Dinâmica. Observando a equação F m.a= e lembrando que a massa m é uma grandeza escalar positiva, concluímos que F e a devem ter sempre a mesma direção e o mesmo sentido (quando não nulas). Se F for nula, a também será nula e caímos no caso da Lei da Inércia: o ponto material permanecerá em repouso ou em MRU. Vamos então concentrar nossa atenção nos casos em que F 0≠ . Suponhamos, então, que o ponto material esteja em movimento retilíneo e que a força resultante F que atua sobre ele não seja nula. Podemos destacar dois casos. 1) F tem o mesmo sentido da velocidade v . Nesse caso, a aceleração a também tem o mesmo sentido de v e o movimento é acelerado, isto é, o módulo de v aumenta com o tempo. 2) F tem sentido oposto ao da velocidade v . Como a aceleração a deve ter o mesmo sentido de F , o sentido de a é oposto ao sentido de v e o movimento é retardado, isto é, o módulo de v diminui com o tempo. A unidade de força Newton Afirmamos, anteriormente, que a unidade de força no SI é o newton, mas não demos ainda a sua definição. Podemos agora fazê-lo, a partir da Segunda Lei de Newton: Um newton é a intensidade de uma força que, aplicada a um ponto material de massa 1 kg, produz uma aceleração cujo módulo 1 m/s2 De fato, consideremos a equação F = m.a e façamos m = 1 km e a = 1 m/s2: F = (1 kg).(1 m/s2) = 1 N Assim, 1 N = 1 kg.m/s2 Peso Força com que a Terra atrai os corpos. Sabe-se que qualquer corpo próximo à superfície da Terra é atraído por ela, já que adquire uma aceleração denominada aceleração da gravidade (g). Sendo m a massa do corpo, temos, pela Segunda Lei de Newton: FÍSICA MÓDULO 04 CBMERJ 2 F m.a= Mas, nesse caso, a força resultante é o peso e a aceleração da gravidade. Logo: P=m.g tendo P e g a mesma direção e o mesmo sentido. O módulo de g depende do local em que é feita a experiência, variando também com a altura. No entanto, se nos limitarmos a uma pequena região em comparação com o tamanho da Terra e situada próximo de sua superfície, podemos admitir que o módulo de g é aproximadamente o mesmo em todos os pontos da região. Terceira Lei de Newton Se um compor A exerce uma força 1F em um corpo B, então o corpo B exerce uma força 2F em A, tal que: 2 1F F= − Isto é, as duas forças têm a mesma direção, o mesmo módulo e sentidos opostos. 2 1F F= − 2 1F F= 2 1F F= − 2 1F F= Assim, para Newton, as forças sempre aparecem aos pares. As duas forças que compõem o par recebem o nome de ação e reação, porém cada uma das duas forças pode ser chamada de ação ou reação, pois elas aparecem simultaneamente. É importante observar que as forças de ação e reação agem sobre corpos diferentes. Convém também destacar que, embora as forças de ação e reação tenham o mesmo módulo, isso não significa que vão produzir acelerações de módulos iguais; a aceleração produzida por cada uma delas vai depender da massa de cada corpo, de acordo com a Segunda Lei de Newton. Forças exercidas por fios Há muitas situações em que as forças são exercidas nos corpos através de fios (ou cordas). Para analisar a ação dos fios, vamos considerar um caso concreto para facilitar o entendimento. Na figura a seguir, temos dois blocos A e B, de massas conhecidas mA e mB, ligados por uma corda C de massa conhecida mC. O conjunto todo está apoiado em um plano horizontal sem atrito e está sendo puxado por uma força horizontal F de intensidade conhecida. Considerando o conjunto todo como um único objeto e aplicando a Segunda Lei de Newton, temos: F = (mA + mB + mC).a (I) Como os valores de F, mA, mB e mC são conhecidos, da equação I tiramos o valor da aceleração a. Consideremos agora separadamente as forças que agem sobre cada bloco e sobre a corda (sem considerar os pesos e as normais, que se anulam). ¨ O bloco B, ao ser “puxado” por F , aplica à corda a força 1T ; mas, pelo princípio da Ação e Reação, a corda exerce em B uma força 2T tal que 2 1T T= − . A corda exerce no bloco A uma força 3T e A exerce na corda a força 4T tal que 4 3T T= − . As forças que atuam nos extremos da corda ( )1 4T e T são chamadas de trações. Para obtermos o valor de 3T podemos aplicar a segunda lei ao bloco A: 3T = mA.a (II) Como os valores de mA e a são conhecidos, essa equação nos dá o valor de 3T . Para obtermos o valor de 1T podemos aplicar a segunda lei ao bloco B ou à corda: 1 B 1 3 C Bloco B : F-T = m .a (III) Corda : T -T = m .a (IV) Suponhamos agora que a massa da corda seja desprezível, isto é, mC ≅ 0. Da equação IV, temos: 1 3 CT T m .a− = ≅ 0 . a ≅ 0 FÍSICA MÓDULO 04 CBMERJ 3 1T ≅ 3T isto é, tensões nos dois extremos da corda têm praticamente a mesma intensidade. Equilíbrio Dizemos que um ponto material está em equilíbrio quando sua velocidade vetorial se mantém constante. Isso significa que o ponto material permanece em repouso ou em movimento retilíneo uniforme. Quando o ponto material tem velocidade constante e igual a zero, dizemos que está em equilíbrio estático. Quando o ponto material está em movimento retilíneo uniforme, dizemos que está em equilíbrio dinâmico. Para que um ponto material esteja em equilíbrio, é necessário, então, que a resultante das forças que atuam sobre ele seja constante e nula. Consideremos um ponto material em equilíbrio estático. Se deslocarmos ligeiramente o ponto material de sua posição de equilíbrio, podem ocorrer três situações: 1) A tendência do ponto material é voltar para a posição inicial; nesse caso o equilíbrio é dito estável. 2) A tendência do ponto material é afastar-se mais ainda da posição inicial; nesse caso o equilíbrio é dito instável. 3) O ponto material fica em equilíbrio também na nova posição; nesse caso o equilíbrio é dito indiferente. Exemplos: − Consideremos uma partícula em repouso no fundo de uma calha. Se deslocarmos ligeiramente a partícula de sua posição, sua tendência é voltar para o fundo da calha. Portanto, é uma situação de equilíbrio estável. − Consideremos uma partícula em repouso no alto de um pico. Se deslocarmos ligeiramente a partícula de sua posição, sua tendência é afastar-se mais ainda da posição inicial. A situação é, portanto, de equilíbrio instável. − Consideremos uma partícula em repouso sobre uma superfície plana horizontal. Se fizermos com que a partícula sofra um pequeno deslocamento horizontal, ela ainda ficará em equilíbrio na nova posição. A situação é, portanto, de equilíbrio indiferente, para deslocamentos horizontais. Em resumo, temos: estável estático instável equilíbrio indiferente dinâmico Atrito Quando a superfície de um corpo desliza sobre a superfície de outro corpo, isto é, quando há movimento relativo entre as superfícies, cada um dos corpos exerce sobre o outro uma força tangente à superfície de contato que se opõe ao deslizamento. Forças desse tipo recebem o nome de forças de atrito de deslizamento. Há situações ideais em que desprezamos essas forças, como o fizemos nos capítulos anteriores. Força de atrito dinâmico Quando há movimento relativo entre as superfícies de contato de dois corpos, a força de atrito atF é denominada força de atrito dinâmico (ou cinético). A experiência mostra que o módulo de atF , neste caso, é dado por: at dF =μ .N onde N é o módulo da força normal que um corpo exerce no outro e µd é uma constante denominada coeficiente de atrito dinâmico (ou cinético). O valor de µd depende do material de que é feito cada corpo, bem como do estado de polimento e lubrificação das superfícies em contato. Para a maioria dos casos, tem-se µd < 1; no entanto, há casos em que µd ≥ 1. Observemos ainda que µd é o quociente das intensidades de duas forças atd F N μ = , isto é, µd é o quociente de duas grandezas que têm a mesma unidade. Portanto, o coeficiente de atrito é uma grandeza sem unidade (adimensional). Força de atrito estático Quando não há movimento relativo entre as superfícies de contato dos dois corpos, a força de atrito, desde que exista, é chamada força de atrito estático. Uma característica importante da força de atrito estático é que seu módulo é variável. O valor máximo atingido pela força de atrito, na fase estática (repouso), ocorre na situação de iminência do movimento. É a situação em que o corpo está preste a entrar em movimento. A experiência mostra que o módulo da força máxima de atrito estático é dada por: máxat eF =μ .N onde N é a intensidade da força normal exercida entre os corpos em contato e µe depende do material que é feito cada corpo em contato, bem como do estado de polimento e lubrificação, mas não depende (aproximadamente) da área da superfície de contato. Ângulo de atrito Consideremos um bloco de massa m, em repouso sobre um plano inclinado com atrito, na iminência de movimento. Como a tendência de movimento é “para baixo”, a força de atrito atF tem sentido “para cima”. Estando o bloco na iminência de movimento, a força de atrito está com seu valor máximo. FÍSICA MÓDULO 04 CBMERJ 4 máxat at eF F .Nμ= = Mas, N = Pn = P.cosθ Assim, Fat = µe.N = µe.P.cosθ (I) Como o bloco está em repouso, temos: Fat = Pt = P.senθ (II) De (I) e (II), tiramos: µe.P.cosθ = P.senθ ou e sen cos θμ θ = ou, ainda, e tgμ θ= Assim, se colocarmos um corpo sobre um plano inclinado e formos aumentando o ângulo de inclinação, o maior ângulo para o qual o corpo permanece e repouso é o ângulo θ tal que tgθ = µe. Esse ângulo é chamado ângulo de atrito. Força elástica Lei de Hooke Consideremos uma mola de comprimento natural L0, estando fixa uma de suas extremidades. Apliquemos à outra extremidade da mola, uma força F de mesma direção da mola, de modo que seu comprimento aumente para o valor L. A diferença entre L e L0 é denominada deformação da mola. A experiência mostra que, desde que x não seja muito grande em comparação com L0 (e esse “muito grande” vai depender de cada mola), a intensidade de F é proporcional a x, isto é: F=k.x onde k é uma constante que depende da mola. Esse resultado é conhecido como Lei de Hooke. A constante k é chamada de constante elástica da mola e sua unidade no SI é o newton por metro (N/m). A lei de Hooke vale também para o caso em que a mola é comprimida. Tanto no caso em que a mola é “esticada” quanto no caso em que é comprimida, ao retirarmos a força F que causou a deformação, a tendência da mola é voltar ao seu comprimento inicial; em alguns casos pode acontecer de a mola voltar a um comprimento diferente do seu comprimento inicial, mas nós só consideraremos aqui os casos em que a mola volta rigorosamente ao seu comprimento inicial, ao ser retirada a força F que causou a deformação x. Quando isso ocorre e é obedecida a lei de Hooke, dizemos que a deformação x é elástica. Quando uma força F é aplicada na mola, provocando sua deformação, a mola reage com uma força elF , que é chamada de força elástica e está aplicada no “agente” que aplica a força F ; pelo princípio da ação e reação, F e elF devem ter o mesmo módulo, a mesma direção e sentidos opostos. Exercícios 1. A mecânica clássica, ou mecânica newtoniana, permite a descrição do movimento de corpos a partir de leis do movimento. A primeira Lei de Newton para o Movimento, ou Lei da Inércia, tem como consequência que: a) Se um determinado objeto se encontrar em equilíbrio, então nenhuma força atua sobre ele. b) Se um objeto estiver em movimento, ele está sob ação de uma força e, assim que essa força cessa, o movimento também cessa. c) Se a soma das forças que agem num objeto for nula, ele estará com velocidade constante ou parado em relação a um referencial inercial. d) Se um objeto se deslocar com velocidade constante, em nenhuma hipótese ele pode ser descrito como estando parado. e) Se um objeto estiver com velocidade constante em relação a um referencial inercial, a soma das forças que atuam sobre ele não é nula. 2. Com a promessa de tornar economicamente mais viáveis os voos espaciais, uma empresa demonstrou ser capaz de fazer retornarem os propulsores de seu foguete.A recuperação desses propulsores possibilita que eles sejam reparados para serem reutilizados em novos lançamentos. Após terem cumprido sua função, os propulsores do foguete se desprendem, caindo aceleradamente em direção ao planeta. Ao se aproximarem da superfície, retropropulsores são acionados, imprimindo uma força vertical e para cima de intensidade _____I_____ que a do peso dos propulsores, diminuindo contínua e drasticamente a velocidade de queda, até próximo ao toque no solo. Nesse momento, os retropropulsores imprimem uma força vertical e para cima de intensidade _____II_____ a do peso dos propulsores, o que os mantém pairando, sem velocidade, enquanto os computadores avaliam a telemetria para, finalmente, diminuírem até zero a retropropulsão. FÍSICA MÓDULO 04 CBMERJ 5 Assinale a alternativa que completa correta e respectivamente as lacunas da frase. I II a) maior menor que b) maior igual c) maior maior que d) menor igual e) menor maior que 3. Em um local em que a aceleração gravitacional vale 210 m s , uma pessoa eleva um objeto de peso 400 N por meio de uma roldana fixa, conforme mostra a figura, utilizando uma corda que suporta, no máximo, uma tração igual a 520 N. A máxima aceleração que a pessoa pode imprimir ao objeto durante a subida, sem que a corda se rompa, é a) 26,0 m s . b) 213 m s . c) 28,0 m s . d) 22,0 m s . e) 23,0 m s . 4. A segunda lei de Newton afirma que o módulo da aceleração adquirida por um corpo é proporcional à intensidade da força resultante sobre ele e inversamente proporcional à sua massa. Assim, observando a figura abaixo e admitindo que a superfície seja horizontal, a aceleração da caixa retangular, sabendo que sua massa é de 2,5 kg e as forças 1F e 2F são horizontais e opostas, em 2m s , é igual a a) 8,0. b) 7,0. c) 6,0. d) 5,0. e) 4,0. 5. A figura mostra o mesmo bloco deslizando sobre duas rampas. A primeira está inclinada de um ângulo 1θ em relação à horizontal e a segunda está inclinada de um ângulo 2,θ também em relação à horizontal, sendo 1θ menor que 2.θ Em ambos os casos, o bloco parte da altura h e desliza até o final das rampas. O coeficiente de atrito entre a superfície do bloco e as superfícies das duas rampas é o mesmo. Considerando os módulos dos trabalhos realizados pela força peso do bloco quando ele desce as rampas 1 e 2, P1τ e P2,τ respectivamente, e os módulos dos trabalhos realizados pela força de atrito entre o bloco e a superfície das rampas quando o bloco desce as rampas 1 e 2, A1τ e A2,τ respectivamente, pode-se afirmar que a) P1 P2τ τ= e A1 A2τ τ> b) P1 P2τ τ= e A1 A2τ τ= c) P1 P2τ τ= e A1 A2τ τ< d) P1 P2τ τ> e A1 A2τ τ= e) P1 P2τ τ> e A1 A2τ τ< 6. 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. 7. 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. FÍSICA MÓDULO 04 CBMERJ 6 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) 8. A tecnologia tem ajudado na realização de nossas atividades diárias dando-nos objetos que dão mais praticidade e conforto. A cadeira é um desses objetos. Hoje há cadeiras construídas com vários materiais e objetivos, e que apresentam mais tecnologia incorporada que antigamente. Recentemente, apareceu no mercado a cadeira gamer para quem deseja ficar muito tempo sentado, jogando vídeo game ou estudando. As figuras 1, 2, 3 e 4 mostram uma pessoa sentada e imóvel em uma cadeira gamer, em quatro posições distintas e com os pés sem tocar no chão. Com base no exposto, analise as afirmativas a seguir. I. A força total aplicada pela pessoa sobre a cadeira é maior na figura 1 que na figura 4. II. Se considerarmos o centro de massa da pessoa sempre na mesma posição em relação ao assento, a pressão de um dos pés da cadeira sobre o solo é a mesma, nas quatro figuras. III. Se a área de contato da pessoa com o encosto da cadeira não se alterar nas quatro figuras, então a pressão sobre o encosto da cadeira é a mesma nas quatro figuras. IV. A força aplicada por um dos pés da cadeira sobre o solo depende somente do peso da pessoa. V. Nas quatro figuras a força resultante sobre a cadeira é nula. A opção contendo apenas afirmações corretas é: a) II - V b) I - III - IV c) III - IV d) I - II - III 9. O sistema de polias, sendo uma fixa e três móveis, encontra-se em equilíbrio estático, conforme mostra o desenho. A constante elástica da mola, ideal, de peso desprezível, é igual a 50 N cm e a força F na extremidade da corda é de intensidade igual a 100 N. Os fios e as polias, iguais, são ideais. O valor do peso do corpo X e a deformação sofrida pela mola são, respectivamente, a) 800 N e 16 cm. b) 400 N e 8 cm. c) 600 N e 7 cm. d) 800 N e 8 cm. e) 950 N e 10 cm. 10. Um malabarista de circo faz uma pequena bola incandescente girar em uma trajetória circular em um plano vertical. A bola está presa à mão do malabarista por um fio inextensível. Sejam P o módulo da força peso da bola e T o módulo da tração no fio que atuam na bola. Considere três posições diferentes na trajetória: (i) o ponto mais alto da trajetória, (ii) o ponto mais baixo e (iii) um dos pontos à mesma altura do centro do FÍSICA MÓDULO 04 CBMERJ 7 círculo descrito pela bola. Qual é o módulo da força centrípeta CF em cada uma dessas posições, respectivamente? a) (i) CF T P;= + (ii) CF T;= (iii) CF T P.= − b) (i) CF T P;= − (ii) CF T P;= + (iii) CF T.= c) (i) CF T;= (ii) CF T P;= + (iii) CF T P.= − d) (i) CF T P;= + (ii) CF T P;= − (iii) CF T.= e) (i) CF T P;= − (ii) CF T;= (iii) CF T P.= + TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Na(s) questão(ões) a seguir, quando necessário, use: - densidade da água: 3 3d 1 10 km m= ⋅ - aceleração da gravidade: 2g 10 m s= - 3cos 30 sen 60 2 ° = ° = - 1cos 60 sen 30 2 ° = ° = - 2cos 45 sen 45 2 ° = ° = 11. 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 12. Suponha queuma esfera de aço desce deslizando, sem atrito, um plano inclinado. Pode-se afirmar corretamente que, em relação ao movimento da esfera, sua aceleração a) aumenta e sua velocidade diminui. b) e velocidade aumentam. c) é constante e sua velocidade aumenta. d) e velocidade permanecem constantes. 13. Em um parque temático, um trator traciona dois vagões idênticos, 01 e 02, de massa M cada um. Os eixos das rodas desses vagões são livres de atritos. Em uma das viagens, o vagão 01 seguiu completamente vazio enquanto o vagão 02 estava completamente ocupado por turistas que, juntos, somavam uma massa m. No início dessa viagem, o trator imprimiu ao vagão 01 uma força constante F, conferindo ao conjunto trator-vagões uma aceleração a. Nessa situação, a intensidade da força de tração T sobre o engate entre os dois vagões era a) 2m F M m ⋅ + b) (M m) F M m + ⋅ + c) 2M m F⋅ d) M m M F + ⋅ e) (M m) F 2M m + ⋅ + 14. Observe a figura abaixo: Aplica-se uma força (F) de intensidade constante 10 N, sempre na mesma direção e sentido, sobre um corpo, inicialmente em repouso, de massa 2,0 kg, localizado sobre uma superfície horizontal sem atrito. Sabendo-se que além da força mencionada atuam sobre o corpo somente o seu peso e a normal, calcule, em metros, o deslocamento escalar sofrido pelo corpo ao final de um intervalo de tempo de 4,0 s de aplicação da referida força e assinale a opção correta, considerando 2g 10 m s= e o corpo um ponto material. a) 10 b) 16 c) 40 d) 80 e) 200 15. Três pessoas A, B e C elevam , cada uma delas, uma caixa de massa igual a 22 kg a uma altura de 2,0 m. A pessoa A eleva a caixa com uma velocidade constante de 4,0 m s. B eleva a caixa com uma velocidade constante de 2,0 m s e C eleva a caixa com uma aceleração constante de 22,0 m s . Considerando desprezíveis as resistências do ar em cada caixa e denominando de A BF , F e CF as forças verticais exercidas , respectivamente , pelas pessoas A, B e C, FÍSICA MÓDULO 04 CBMERJ 8 tem-se que a) A B CF F F .= = b) A B CF F F .= < c) A B CF F F .< = d) A B CF F F .> = 16. Um motorista desatento esqueceu o seu freio de mão acionado e, mesmo o freio impondo uma resistência de 2500 N, o veículo de 900 kg segue por um trecho horizontal com aceleração constante de 21m s . A resultante da força motora que o veículo está fazendo para realizar este movimento, em kgf, é Observação: 1kgf 10 N.≈ a) 340. b) 3400. c) 2,77. d) 6000. e) 8000. 17. Na figura abaixo, duas forças de intensidade AF 20 N= e BF 50 N= são aplicadas, respectivamente, a dois blocos A e B, de mesma massa m, que se encontram sobre uma superfície horizontal sem atrito. A força BF forma um ângulo θ com a horizontal, sendo sen 0,6θ = e cos 0,8.θ = A razão B Aa a entre os módulos das acelerações Ba e Aa , adquiridas pelos respectivos blocos B e A, é igual a a) 0,25. b) 1. c) 2. d) 2,5. e) 4. 18. Um trator com 2.000 kg de massa puxa um arado igual a 80,0 kg, exercendo sobre ele uma força de 200 N. O conjunto trator e arado desloca-se horizontalmente para a direita com uma aceleração de 20,500 m s . A força de resistência que o solo exerce no arado tem módulo, em Newton, igual a a) 40,00. b) 160,00. c) 240,00. d) 1280. 19. Um corpo de massa 3 kg encontra-se em repouso sobre uma trajetória retilínea. Sob ação de uma força resultante, constante, atinge, após 8 segundos, a velocidade de 144 km h. A intensidade da força resultante que age no corpo, em N, é a) 3. b) 12. c) 9. d) 6. e) 15. 20. Um bloco de massa m 3 kg,= inicialmente em repouso, é puxado sobre uma superfície horizontal sem atrito por uma força de 15 N durante 2 s (conforme desenho). Nessas condições, é possível afirmar que quando o objeto tiver percorrido 50 m, a sua velocidade, em m s, será de a) 5 b) 7,5 c) 15 d) 20 e) 10 21. Considere a máquina de Atwood a seguir, onde a polia e o fio são ideais e não há qualquer atrito. Considerando que as massas de A e B são, respectivamente, 2M e 3M, e desprezando a resistência do ar, qual a aceleração do sistema? (Use 2g 10 m s )= a) 25 m s b) 23 m s c) 22 m s d) 210 m s e) 220 m s 22. Pedro, ao se encontrar com Joăo no elevador, inicia uma conversa, conforme a charge a seguir. De acordo com as informaçőes da charge, verifica-se que Joăo a) mudará sua massa no movimento ascendente do elevador. b) diminuirá seu peso quando o elevador descer acelerado. c) terá seu peso inalterado pelo movimento acelerado do elevador. d) terá o peso indicado pela balança quando o elevador estiver parado. e) aumentará sua massa quando o elevador estiver subindo acelerado. FÍSICA MÓDULO 04 CBMERJ 9 23. A figura que se segue mostra uma plataforma, cuja massa é de 100 kg, com um ângulo de inclinação de 30° em relação à horizontal, sobre a qual um bloco de 5 kg de massa desliza sem atrito. Também não há atrito entre a plataforma e o chão, de modo que poderia haver movimento relativo entre o sistema e o solo. Entretanto, a plataforma é mantida em repouso em relação ao chão por meio de uma corda horizontal que a prende ao ponto A de uma parede fixa. A tração na referida corda possui módulo de: a) 25 N 2 b) 25 N c) 25 3 N d) 25 N 4 e) 25 3 N 2 24. A figura mostra dois blocos de massa m e M unidos por um fio ideal, suspensos por uma polia ideal. Considere que o fio está o tempo todo tensionado. Analise as proposições com relação à figura acima. I. A condição de equilíbrio é dada quando m M,= portanto a aceleração do sistema é nula. II. Para M m,> a quantidade M m− é inversamente proporcional à aceleração do sistema. III. Para M m> a quantidade M m+ é diretamente proporcional à aceleração do sistema. IV. Fora da condição de equilíbrio, a aceleração do sistema é diretamente proporcional à aceleração gravitacional. V. Fora do equilíbrio, o módulo das acelerações dos blocos são iguais, no entanto, as acelerações têm sentidos opostos. Assinale a alternativa correta. a) Somente as afirmativas IV e V são verdadeiras. b) Somente as afirmativas I, II e III são verdadeiras. c) Somente as afirmativas I, III e V são verdadeiras. d) Somente as afirmativas II, III e IV são verdadeiras. e) Somente as afirmativas I, IV e V são verdadeiras. 25. A figura mostra um bloco de massa m sobre um plano inclinado em repouso (ângulo )θ sem atrito e uma força horizontal F aplicada sobre este bloco. Assinale a alternativa que contém o módulo da força F necessária para evitar o deslizamento do bloco. a) mg b) mg tg θ c) mg sen θ d) mg cos θ e) mg tg θ 26. Sobre um plano inclinado é colocada uma caixa em repouso e fixada a um cabo inextensível de massa desprezível. Não existe atrito entre a caixa e o plano inclinado. Qual será a aceleração da caixa ao se cortar o cabo? a) g 2 b) g c) g 3 d) 2g 3 e) g3 2 27. 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 FÍSICA MÓDULO 04 CBMERJ 10 28. Um carro demassa 31,00 10 kg× é rebocado ladeira acima com velocidade constante, conforme mostra a figura abaixo. Durante o movimento, o módulo da tração na corda que liga os dois carros vale 35,00 10 N.× A inclinação da ladeira com relação à horizontal e o ângulo entre a corda e o plano da ladeira valem, ambos, 25,0 .° O módulo da resultante das forças de atrito que atuam sobre o carro rebocado vale, em N, aproximadamente Dados 2 sen 25,0 0,400 cos 25,0 0,900 Aceleração da gravidade 10,0 m s− ° = ° = = ⋅ a) 34,50 10× b) 34,10 10× c) 35,00 10× d) 25,00 10× e) 37,00 10× 29. Um atleta associado à Federação Sul-Mato-Grossense de Ciclismo, em sua preparação para o Desafio 6 horas de MTB, faz seus treinos em um circuito circular. Seu treinador plota um gráfico da força centrípeta em função da distância percorrida cp(F d)× e outro da força tangencial em função da distância percorrida t(F d).× Considere 3,0.π = Após a análise dos gráficos e considerando o sistema conservativo, a distância percorrida no circuito em 10 voltas é de: a) 160 m. b) 180 m. c) 300 m. d) 1.600 m. e) 1.800 m. 30. Uma bola encontra-se em repouso no ponto mais elevado de um morro semicircular de raio R, conforme indicada a figura abaixo. Se 0v é a velocidade adquirida pela bola imediatamente após um arremesso horizontal, determine o menor valor de 0| v | para que ela chegue à região horizontal do solo sem atingir o morro durante sua queda. Desconsidere a resistência do ar, bem como qualquer efeito de rotação da bola. Note que a aceleração da gravidade tem módulo g. a) gR 2 b) gR 2 c) gR d) 2gR e) 2 gR 31. Força centrípeta é a força resultante que puxa um corpo na direção e sentido do centro da trajetória de um movimento curvilíneo. Um exemplo de força centrípeta é a força gravitacional no movimento do planeta Terra ao redor do Sol. Nesse caso, é a força gravitacional entre o planeta e a estrela que faz com que a TERRA não escape da trajetória elíptica ao redor do Sol e deixe de orbitá-lo. Analisando o movimento curvilíneo de um carro em uma pista horizontal, a força que tem o papel de força centrípeta é a: a) força peso do carro. b) força de atrito entre os pneus e a pista. c) força normal dos pneus na pista. d) força de tração do motor. e) força de gravitacional entre o carro e a pista. 32. Uma criança gira no plano horizontal, uma pedra com massa igual a 40 g presa em uma corda, produzindo um Movimento Circular Uniforme. A pedra descreve uma trajetória circular, de raio igual a 72 cm, sob a ação de uma força resultante centrípeta de módulo igual a 2 N. Se a corda se romper, qual será a velocidade, em m s, com que a pedra se afastará da criança. Obs.: desprezar a resistência do ar e admitir que a pedra se afastará da criança com uma velocidade constante. a) 6 b) 12 c) 18 d) 36 33. Um astronauta de massa m e peso P foi levado da superfície da Terra para a superfície de um planeta cuja aceleração da gravidade, em módulo, é igual a um terço da aceleração da gravidade registrada na superfície terrestre. No novo planeta, os valores da massa e do peso desse astronauta, em função de suas intensidades na Terra, serão respectivamente: a) m, P 3 b) m, P c) Pm, 3 d) m P, 3 3 34. Desde o início de 2019, testemunhamos dois acidentes aéreos fatais FÍSICA MÓDULO 04 CBMERJ 11 para celebridades no Brasil. Para que haja voo em segurança, são necessárias várias condições referentes às forças que atuam em um avião. Por exemplo, em uma situação de voo horizontal, em que a velocidade da aeronave se mantenha constante, a) a soma de todas as forças externas que atuam na aeronave é não nula. b) a soma de todas as forças externas que atuam na aeronave é maior que seu peso. c) a força de sustentação é maior que seu peso. d) a soma de todas as forças externas que atuam na aeronave é nula. 35. Suponha que um aluno do IFCE, durante a aula no laboratório Física da instituição, põe-se sobre um instrumento que mede a intensidade do seu peso, isto é, a força com que a Terra o atrai. Sabendo que o instrumento mencionado se encontra em repouso relativamente ao piso do laboratório, analise as afirmativas a seguir. (Considere as intensidades dos campos gravitacionais nas superfícies da Terra e da Lua, respectivamente: 2Tg 10 m s= e 2 Lg 1,6 m s ).= I. Se o instrumento for levado à Lua ele medirá um valor menor para o peso do aluno, visto que na lua a aceleração da gravidade é menor. II. No caso de uma balança que mede a massa, os valores registrados são idênticos tanto na Terra quanto na Lua, o que não ocorre com o referido instrumento, pois ele mede o peso. III. Se o peso do aluno for 850 N (na Terra), então a sua massa será de 8,5 kg. IV. O peso do aluno e a força que o instrumento exerce sobre ele constituem um par ação-reação. É(são) verdadeira(s) a) somente III. b) somente I e IV. c) somente I e II. d) somente I e III. e) I, II, III e IV. 36. Considere as seguintes afirmações: I. Uma pessoa em um trampolim é lançada para o alto. No ponto mais alto de sua trajetória, sua aceleração será nula, o que dá a sensação de “gravidade zero”. II. A resultante das forças agindo sobre um carro andando em uma estrada em linha reta a uma velocidade constante tem módulo diferente de zero. III. As forças peso e normal atuando sobre um livro em repouso em cima de uma mesa horizontal formam um par ação-reação. De acordo com as Leis de Newton: a) Somente as afirmações I e II são corretas. b) Somente as afirmações I e III são corretas. c) Somente as afirmações II e III são corretas. d) Todas as afirmações são corretas. e) Nenhuma das afirmações é correta. 37. Um bloco homogêneo A de peso 6 N está sobre o bloco homogêneo B de peso 20 N ambos em repouso. O bloco B está na iminência de movimento. O bloco A está ligado por um fio ideal tracionado ao solo no ponto X, fazendo um ângulo θ com a horizontal enquanto o bloco B está sendo solicitado por uma força horizontal F, conforme o desenho abaixo. Os coeficientes de atrito estático entre o bloco A e o bloco B é 0,3 e do bloco B e o solo é 0,2. A intensidade da força horizontal | F | aplicada ao bloco B nas condições abaixo, capaz de tornar iminente o movimento é: Dados: cos 0,6 sen 0,8 θ θ = = a) 2,0 N b) 9,0 N c) 15,0 N d) 18,0 N e) 20,0 N TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Sempre que necessário, use 3π = e 2g 10 m s .= 38. A força de atrito cinético entre a agulha e um disco de vinil tem módulo 3at| F | 8,0 10 N.−= × Sendo o módulo da força normal 2| N | 2,0 10 N,−= × o coeficiente de atrito cinético, c,μ entre a agulha e o disco é igual a a) 51,6 10 .−× b) 25,0 10 .−× c) 14,0 10 .−× d) 02,5 10 .× 39. Em um campeonato de futebol, como o Brasileiro, de 2019, bolas são chutadas e arremessadas milhares de vezes, quase todas como lançamentos oblíquos ou variações mais elaboradas. De modo simplificado, lances de longo alcance podem ser tratados como massas puntiformes lançadas sob a ação da gravidade e da força de atrito do ar. Essa força de atrito pode, dentro de certos limites, ser tratada como proporcional ao módulo da velocidade da bola. Dado isso, é correto afirmar que a) mesmo com a força de atrito, a trajetória continua parabólica. b) a força de atrito tem sempre direção horizontal. c) o alcance de um dado lançamento é reduzido pela força de atrito. d) a força de atrito tem sempre direção vertical. 40. Um bloco de massa 2 kg está submetido à ação de duas forças, cujos módulos são, respectivamente, iguais a 1F 10 N= e 2F 6 N= conforme ilustra a figura abaixo. O bloco encontra-seem repouso sobre uma superfície horizontal perfeitamente lisa. FÍSICA MÓDULO 04 CBMERJ 12 Sabendo-se que, no local, a aceleração da gravidade tem módulo igual a 210 m s , e utilizando sen θ é igual a 0,8 e cos θ igual a 0,6, a força normal que atua no bloco tem módulo igual a a) 20 N. b) 12 N. c) 8 N. d) 6 N. 41. A dinâmica de uma criança descendo um tobogã, de modo simplificado e dentro de certos limites, pode ser tratada como uma massa puntiforme deslizando sobre um plano inclinado e com atrito. Para aplicação das leis de Newton a essa massa, as forças podem ser decompostas de muitos modos. Considerando-se duas dessas abordagens, quais sejam: (i) decompor em componentes tangenciais e perpendiculares ao plano inclinado; e (ii) decompor em componentes verticais e horizontais, é correto afirmar que, a) em (i), o vetor força peso da massa tem uma componente e a força de atrito, duas. b) em (ii), o vetor força peso da massa tem duas componentes e a força de atrito, uma. c) em (i), o vetor força peso da massa tem duas componentes e a força de atrito, uma. d) em (i) e (ii), o vetor força peso e a força de atrito têm apenas uma componente. 42. Uma tira elástica de borracha está presa no teto de uma sala. Um macaco dependurado na tira sobe em direção ao teto com velocidade praticamente constante. Podemos afirmar que, à medida que o macaco sobe; a) a força que a tira exerce no teto aumenta. b) a força que a tira exerce no teto diminui. c) a distância da extremidade inferior da tira ao chão aumenta. d) a distância da extremidade inferior da tira ao chão diminui. e) a distância da extremidade inferior da tira ao chão não se altera. 43. A intensidade da força paralela ao plano de apoio que coloca o bloco, de massa M, em equilíbrio é: a) M . g b) M . g . sen θ c) M.g/sen0 d) M . g . cos θ e) M . g . tg θ 44. O sistema indicado na figura a seguir, onde as polias são ideais, permanece em repouso graças à força de atrito entre o corpo de 10 kg e a superfície de apoio. Podemos afirmar que o valor da força de atrito é: a) 20 N b) 10 N c) 100 N d) 60 N e) 40 N 45. Nessa figura, está representado um bloco de 2,0 kg sendo pressionado contra a parede por uma força F . O coeficiente de atrito estático entre esses corpos vale 0,5, e o cinético vale 0,3. Considere g = 10 m/s2. Se F = 50 N, então a reação normal e a força de atrito que atuam sobre o bloco valem, respectivamente, a) 20 N e 6,0 N. b) 20 N e 10 N. c) 50 N e 20 N. d) 50 N e 25 N. e) 70 N e 35 N. 46. Um bloco é lançado no ponto A, sobre uma superfície horizontal com atrito, e desloca-se para C. O diagrama que melhor representa as forças que atuam sobre o bloco, quando esse bloco está passando pelo ponto B, é 47. Dois blocos M e N, colocados um sobre o outro, estão se movendo para a direita com velocidade constante, sobre uma superfície horizontal sem atrito. FÍSICA MÓDULO 04 CBMERJ 13 Desprezando-se a resistência do ar, o diagrama que melhor representa as forças que atuam sobre o corpo M é a) b) c) d) e) 48. Um corpo atirado horizontalmente, com velocidade de 10 m/s, sobre uma superfície horizontal, desliza 20 m até parar. Adotando g = 10 m/s2, o coeficiente de atrito cinético entre o corpo e a superfície é a) 0,13 b) 0,25 c) 0,40 d) 0,50 e) 0,75 49. Um carro é freado, e suas rodas, travadas ao descer uma rampa. Num dia seco, o carro para antes do final da descida. Num dia chuvoso, isto ocorrerá se: a) Fat < P sen θ, em qualquer circunstância. b) Fat < P sen θ, dependendo do local onde se inicia a freada e da velocidade naquele instante. c) Fat = P sen θ, em qualquer circunstância. d) Fat = P sen θ, dependendo do local onde se inicia a freada e da velocidade naquele instante. e) Fat > P sen θ, dependendo do local onde se inicia a freada e da velocidade naquele instante. 50. A figura 1 a seguir mostra um bloco que está sendo pressionado contra uma parede vertical com força horizontal F e que desliza para baixo com velocidade constante. O diagrama que melhor representa as forças que atuam nesse bloco é: Gabarito: 1:[C] 2:[B] 3:[E] 4:[A] 5:[A] 6:[B] 7:[C] 8:[A] 9:[D] 10:[D] 11:[D] 12: [C] 13:[E] 14:[C] 15:[B] 16:[A] 17:[C] 18:[B] 19:[E] 20:[E] 21:[C] 22:[C] 23:[E] 24:[E] 25:[B] 26:[A] 27:[D] 28:[D] 29:[E] 30:[C] 31:[B] 32:[A] 33:[C] 34:[D] 35:[C] 36:[E] 37:[B] 38:[C] 39:[C] FÍSICA MÓDULO 04 CBMERJ 14 40:[B] 41:[C] 42:[C] 43:[B] 44:[A] 45:[C] 46:[C] 47:[E] 48:[B] 49:[E] 50:[D] Todas os exercícios da apostila que tiverem essa câmera , estão gravados em vídeo para você. Nossos professores resolveram as questões, comentando cada detalhe para te ajudar na hora de estudar. Muitas questões trazem dicas preciosas. Não deixe de ass... Leis de Newton, aplicações, força de atrito e força elástica Força Primeira Lei de Newton Segunda Lei de Newton A unidade de força Newton Peso Terceira Lei de Newton Forças exercidas por fios Equilíbrio Atrito Força de atrito dinâmico Força de atrito estático Ângulo de atrito Força elástica Lei de Hooke
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