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NOÇÕES DE FÍSICA Prof. Alexei Müller Noções de Física Prof. Alexei Müller Edital NOÇÕES DE FÍSICA: 1 Cinemática escalar, cinemática vetorial. 2 Movimento circular. 3 Leis de Newton e suas aplicações. 4 Trabalho. 5 Potência. 6 Energia cinética, energia potencial, atrito. 7 Conservação de energia e suas transformações. 8 Quantidade de movimento e conservação da quantidade de movimento, impulso. 9 Colisões. BANCA: Cespe CARGO: Policial Rodoviário Federal 7concurseiro.vip Noções de Física CINEMÁTICA Movimento e Repouso Um corpo está em movimento quando varia sucessivamente a sua posição (seu lugar) com o passar do tempo em relação a um sistema de referência. Os conceitos de repouso e de movimento pressupõem sempre a existência de um referencial. Um corpo está em repouso quando sua posição não varia com o tempo em relação a um referencial. Não existem repouso e movimento absolutos. Referencial é um sistema num local escolhido dentro do campo de observação. Serve como elemento de comparação para determinarmos se ocorre ou não alteração da posição entre o móvel e o referencial. O movimento é relativo, depende do referencial adotado pelo observador. É importante também ressaltar que um corpo pode estar em movimento em relação a um referencial e em repouso, parado, em relação a outro referencial. Considere um ônibus em uma estrada. O motorista deste ônibus estará em movimento em relação a uma pessoa na estrada e parado em relação a um passageiro sentado em um banco. O estado repouso ou movimento de um corpo dependerá sempre do referencial adotado. Lembre-se: Quando o referencial não é indicado, o solo é o referencial usado em estudos de movimentos na superfície da Terra. 8 concurseiro.vip Trajetória É o caminho descrito pelo móvel ao longo do seu movimento sob o ponto de vista de um observador. Portanto, a trajetória depende do referencial adotado, ou seja, de quem vê ou observa o movimento. Exemplo Reta, circunferência, parábola, etc. Se considerarmos um objeto sendo abandonado de um avião que se desloca com uma velocidade constante, a trajetória vista pelo piloto será diferente da trajetória observada por alguém do solo: sob o ponto de vista de um observador no solo, a trajetória do objeto será parabólica; já Para o piloto ou tripulante, a trajetória do objeto sempre será retilínea, pois esse objeto, por possuir a mesma rapidez do avião, sempre estará abaixo do avião. Lembre-se: A trajetória descrita por um corpo depende do referencial adotado. Posição [x] É o local onde o móvel se encontra no espaço. De forma prática, por exemplo, em uma estrada, nossa posição pode ser dada por placas indicativas de km. Possibilitando indicar a que distância estamos do km 0. Vetor Deslocamento (∆ ;∆ ) É uma grandeza vetorial que representa a diferença entre o vetor posição final e o vetor posição inicial. PRF VIP – Noções de Física – Prof. Alexei Müller 9concurseiro.vip Sendo o deslocamento uma grandeza vetorial, o seu módulo é obtido pela regra de subtração vetorial: Δ ! X = ! X F − ! X 0 O módulo do vetor deslocamento mede o quanto o móvel se afastou de sua posição inicial em linha reta. Exemplo de deslocamento em movimento unidimensional Consideremos um carro sobre um trecho de uma estrada reta orientada de Leste para Oeste. Para responder à pergunta "Onde está o carro?", há de se especificar sua posição em relação a algum ponto particular. Qualquer lugar bem conhecido sobre o trecho pode servir como ponto de referência. Em seguida, indicaremos a que distância está o carro do lugar citado e se está a Leste ou Oeste desse ponto, para que a descrição da posição esteja completa. Veja que, para facilitar o nosso trabalho, aos pontos a leste da origem foram atribuídos números positivos e, a oeste, negativos. Assim, em vez de dizermos "o carro está a 3 km a leste da origem", dizemos, simplesmente, "o carro está no ponto 3 km". Sabemos que, para que o carro se mova, deve variar sua posição em relação a um referencial, o ponto 0, por exemplo. Damos o nome de deslocamento a essa variação de posição e podemos calculá-la fazendo- se posição final X2 menos a posição inicial X1. 10 concurseiro.vip Distância Percorrida [d] Quando um corpo está em movimento, descreve uma trajetória. O comprimento dessa trajetória é denominado de distância percorrida. A distância percorrida por um móvel nos mostrará sempre o quanto o móvel andou. Caso a trajetória não seja sempre retilínea a distância percorrida será igual ao comprimento desta trajetória. Observação O módulo do deslocamento irá coincidir com a distância percorrida se o movimento ocorrer em linha reta e sempre no mesmo sentido. Exemplo d x ∆X Se um móvel parte da posição A e vai até a posição B, ele poderá seguir as trajetórias 1, 2 ou 3, que o módulo do vetor deslocamento será igual a 20m (menor distância em linha reta entre os pontos). Se o móvel seguir a trajetória 1, ele apenas percorrerá uma distância maior do que se fosse pela trajetória 3. PRF VIP – Noções de Física – Prof. Alexei Müller 11concurseiro.vip A distância percorrida é uma grandeza escalar que representa a medida do comprimento da trajetória descrita por um móvel. distância = 30 m; deslocamento = 20 m distância = 20 m; deslocamento = 20 m distância = 25 m; deslocamento = 20 m Exercícios: 1. Complete o quadro abaixo, indicando a distância percorrida e o deslocamento nos respectivos trechos: AB ABC ABCD ABCDA distância deslocamento 12 concurseiro.vip 2. Um corpo se desloca em linha reta 30 km para o Norte e, em seguida 40 km para o Leste. Calcule a distância percorrida e o módulo do deslocamento. 3. A figura ao lado representa o deslocamento de um móvel em várias etapas. Cada vetor tem um módulo igual a 20 m. Calcule a distância percorrida pelo móvel e o módulo do vetor deslocamento no trecho de A para B: 4. Um navio encontra-se em alto mar. A partir de um dado instante, esse navio se movimenta sempre segundo uma linha reta, primeiro 20 km no sentido norte-sul, depois 8 km no sentido oeste leste e, finalmente, 26 km no sentido sul norte. Qual o módulo do deslocamento desse navio? PRF VIP – Noções de Física – Prof. Alexei Müller 13concurseiro.vip Intervalo de Tempo (∆t) Intervalo de tempo é a diferença entre o instante final e o instante inicial do movimento. Velocidade ( ) A velocidade descreve o movimento do móvel, portanto, é uma grandeza vetorial. Tem módulo, direção e sentido. E vetor velocidade, tem direção e sentido sempre tangentes à trajetória descrita pelo corpo que está em movimento e seu módulo será identificado como a “rapidez” com a qual o móvel se movimenta. Observações 1. Uma velocidade somente será constante, quando em todos os instantes mantiver constantes seu módulo, sua direção e seu sentido. 14 concurseiro.vip 2. Dois corpos deslocam-se com velocidades iguais quando em todos os instantes forem iguais seus módulos, suas direções e seus sentidos. Velocidade Escalar Média (vm) É a razão entre a distância percorrida e o intervalo de tempo gasto para percorrê-la. Exercícios de Aula 1. Calcule a velocidade média de um automóvel que percorreu 100 km em 2h. 2. Qual a distância percorrida por um automóvel com velocidade média de 70 km/h em 3h? PRF VIP – Noções de Física – Prof. Alexei Müller 15concurseiro.vip 3. Quanto tempo leva uma moto para percorrer 300 km com velocidade média de 60 km/h? Unidades: Usual: S.I.: d: quilômetro = km t: hora = h v: quilômetro por hora = km/h d: metro = m t: segundo = s v: metro por segundo= m/s Transformações de unidades Observação 16 concurseiro.vip Aceleração ( ) A aceleração é responsável por indicar como varia o vetor velocidade. Como a velocidade pode variar tanto em módulo quanto em direção e em sentido, vamos analisar dois tipos de acelerações: aceleração tangencial (linear) e aceleração centrípeta (normal). Aceleração Tangencial ( ) Indica como varia o módulodo vetor velocidade na unidade de tempo. É a taxa de variação do módulo da velocidade em função do tempo. O vetor aceleração tangencial coincide em direção com o vetor velocidade, podendo ter o mesmo sentido (identificando movimento acelerado) ou sentido contrário (movimento retardado). Módulo da aceleração tangencial at Aceleração Centrípeta ( ) Indica como varia a direção do vetor velocidade. PRF VIP – Noções de Física – Prof. Alexei Müller 17concurseiro.vip Módulo da aceleração centrípeta (ac) Unidades no S.I.: a: metro por segundo ao quadrado = m/s2 v: metro por segundo = m/s ∆t: segundo = s R: metro = m Aceleração média (am) Calculamos a aceleração (escalar) média pela fórmula a m = Δv Δt ou a m = v f − v o Δt Exemplos 1. Uma revista especializada em automóveis informa que a velocidade de um determinado modelo varia de zero a 100 km/h em 4 s. Qual é a aceleração média desse automóvel? O que ela significa? 2. Um automóvel partindo do repouso tem a sua velocidade aumentada para 20 m/s em 8s, qual é a aceleração média desse automóvel? O que ela significa? 18 concurseiro.vip Observação Se um móvel apresenta uma aceleração de 5 m/s2, quer dizer que na média o módulo de sua velocidade varia 5m/s a cada segundo. MOVIMENTO RETILÍNEO UNIFORME (MRU) Considere um corpo deslocando-se sobre uma trajetória retilínea com as seguintes características • F R → =0 ; • a → =0 ; • v → constante; • o móvel percorre distâncias iguais em tempos iguais; • a trajetória é retilínea; • o movimento ocorre sempre em um só sentido. Exemplo Um móvel em MRU move-se com velocidade de módulo 2 m/s, na direção horizontal e com sentido para a direita: Observa-se que a cada segundo, o corpo percorre 2 m, ou seja: vconstante = 2 m/s, vconstante ≠ 0 (módulo e direção), MRU Características a = 0 (nula) (tangencial e centrípeta), (o corpo percorre espaços iguais em tempos iguais). PRF VIP – Noções de Física – Prof. Alexei Müller 19concurseiro.vip Equação: Equação Horária Relaciona a posição que o corpo está em cada instante x = x0 + v.Δt Resumo dos gráficos 20 concurseiro.vip MOVIMENTO RETILÍNEO UNIFORMEMENTE VARIADO (MRUV) Considere um corpo deslocando-se sobre uma trajetória retilínea com as seguintes características FR ≠ 0 e constante o módulo da velocidade varia uniformemente com o tempo; a ≠ 0 e constante em intervalos de tempos iguais ocorrem iguais variações no módulo da velocidade. Exemplo Um móvel em MRUV move-se com aceleração de módulo 2 m/s2, na direção horizontal e com sentido para a direita: Observa-se que a cada segundo, a velocidade do corpo variou 2 m/s, ou seja: ∆vconstante = 2 m/s em cada ∆t = 1s, at constante ≠ 0 (módulo e direção), MRUV Características at constante (at ≠ 0), (variações de velocidade iguais em intervalos de tempos iguais). Equações v m = Δx Δt v m = v o + v f 2 a= v f − v o Δt Δx = v o .t + a.Δt 2 2 v f 2 = v o 2 + 2.a.Δx PRF VIP – Noções de Física – Prof. Alexei Müller 21concurseiro.vip Equações horárias X x t v x t Resumo dos gráficos 22 concurseiro.vip MOVIMENTO CIRCULAR UNIFORME (MCU) F ! R = constante F ! R sempre forma 90° com v ! A F ! R é chamada de força centrípeda Período: T É o tempo gasto em uma volta Unidade S.I.: s (segundo) Frequência: f Informa o número de voltas efetuadas na unidade de tempo Unidades Usual: rpm (volta por minuto). S.I.: Hz (hertz, volta por segundo). PRF VIP – Noções de Física – Prof. Alexei Müller 23concurseiro.vip Observação Exemplo Uma roda gigante efetua 6 voltas em MCU num intervalo de tempo de 3 minutos. Determine: a) o período em segundos, b) a frequência em hertz. Velocidade tangencial ou linear: Constante em módulo no MCU. Unidade no S.I. : m/s Velocidade angular: ϖ Constante no MCU. Unidade no S.I.: rad/s Relação v x ϖ Aceleração centrípeta: Constante em módulo no MCU. 24 concurseiro.vip Unidade no S.I.: m/s2 Observações Exemplos 1. Identifique as relações entre as grandezas associadas aos pontos A e B no movimento horário abaixo e desenhe os vetores velocidade linear nos pontos A e B: PRF VIP – Noções de Física – Prof. Alexei Müller 25concurseiro.vip 2. Identifique as relações entre as grandezas associadas aos pontos A e B no movimento horário abaixo: INTRODUÇÃO À DINÂMICA Anteriormente, estudamos a parte da Física denominada Cinemática, que descreve e analisa os movimentos dos corpos. Agora, passaremos a estudar Dinâmica, que vai relacionar os movimentos com as suas causas. Força “Puxão ou empurrão”. Quando aplicamos uma força em um corpo, ela pode gerar no mesmo uma aceleração, ou seja, a força pode provocar variação na velocidade. Força é a grandeza física responsável pela modificação dos estados de repouso ou movimento dos corpos. Quanto à aplicação a força pode ser a) de contato: cessa o contato cessa a força; b) de campo: não necessita contato. Exemplo de força de campo: campo gravitacional (peso). 26 concurseiro.vip Relação entre força e aceleração A aceleração gerada por uma força tem sempre a mesma direção e o mesmo sentido da força que a gerou. Vamos considerar três automóveis deslocando-se em uma linha reta e com velocidade constante. Inicialmente nenhuma força atua sobre elas. Num certo instante, em cada automóvel é aplicada uma força de módulo constante, como mostram as figuras a seguir. Na figura ao lado não haverá mudança na trajetória. A força aumentará o módulo da velocidade. Na figura ao lado não haverá mudança na trajetória. A força diminuirá o módulo da velocidade. Na figura ao lado haverá mudança na trajetória. A velocidade manterá o seu módulo constante. Força Resultante (FR !" ) É o somatório de todas as forças que atuam sobre um corpo. Observações 1. Força resultante na mesma direção do movimento não muda a trajetória, muda apenas o módulo da velocidade. 2. Força resultante perpendicular ao movimento transforma a trajetória retilínea em curvilínea, muda a direção e o sentido da velocidade, porém não modifica o seu módulo. PRF VIP – Noções de Física – Prof. Alexei Müller 27concurseiro.vip 3. a → t = aceleração tangencial indica variação no módulo da velocidade. 4. a → c = aceleração centrípeta indica variação na direção da velocidade. LEIS DE NEWTON (PRINCÍPIOS DA DINÂMICA) Primeira Lei de Newton (Princípio da Inércia) Todo o corpo em repouso ou em Movimento Retilíneo Uniforme tende a permanecer em repouso ou em Movimento Retilíneo Uniforme, enquanto a resultante das forças externas que agem sobre ele for nula. Se = 0 = 0 não haverá variação na velocidade. “Se a força resultante sobre um corpo é zero, não haverá aceleração e consequentemente não haverá variação na velocidade, logo, se o corpo estiver em repouso ele continuará em repouso e, se ele estiver em MRU continuará em MRU.” Por que, no interior de um ônibus, as pessoas se desequilibram quando o mesmo freia? Por que, quando um cavalo arranca subitamente, o cavaleiro é projetado para trás? 28 concurseiro.vip Segunda Lei de Newton (Princípio da Massa) Quando um corpo, em estado de inércia, sofre a ação de uma força, consequentemente sofrerá uma alteração em sua velocidade o que indica o surgimento de uma aceleração. A segunda lei relaciona três grandezas: força, massa e aceleração. A aceleração adquirida por um corpo, quando impulsionado por uma força, é diretamente proporcional a esta força e inversamente proporcional à sua massa. F R → =m.a → Unidades de medida: No S.I.: m: quilograma = kg a: metro por segundo ao quadrado = m/s2 F: newton = N Observação 1N é a força resultante necessária para fazer um corpo de 1 kg adquirir aceleração de 1 m/s2. Terceira Lei de Newton (Princípio da Ação e Reação) A toda de força de ação corresponde uma força de reação de mesmo módulo, mesma direção, porém de sentido contrário. Características das forças de Ação e Reação 1. Possuemmesmos módulos (intensidade). 2. Possuem mesmas direções. 3. Os sentidos são contrários. 4. Atuam em corpos diferentes. PRF VIP – Noções de Física – Prof. Alexei Müller 29concurseiro.vip 5. O corpo que tiver maior massa terá menor aceleração. 6. Faz a reação o corpo que sofre a ação. 1. Peso de um corpo (P → ) O peso de um corpo é a força de atração gravitacional que a Terra exerce sobre ele. O vetor que representa a força Peso tem direção perpendicular ao plano da Terra e seu sentido aponta para o centro da Terra. F R → =m.a → P → =m.g → A unidade de medida do peso é o newton (N). 2. Força normal (FN → ,N → ,RN → ) Quando um corpo comprime uma superfície sólida, esta reage empurrando o corpo com uma força que forma com a superfície um ângulo de 90°, força essa chamada de normal, força Normal ou reação Normal. Exemplos Indique o vetor Força Normal que atua sobre o bloco m em cada item 30 concurseiro.vip 3. Força de atrito ( ) É uma força de oposição ao deslizamento de uma superfície sólida sobre outra. µ: coeficiente de atrito, grandeza que relaciona as imperfeições existentes entre as superfícies em contato. Força de atrito estática ( ) É a força que o corpo sofre quando há tendência ao deslizamento sobre a superfície, impedindo o início do deslizamento. Fae = F (módulo) Força de atrito estática máxima ( ) É a maior força de atrito que o corpo sofre, ainda sem deslizar, quando superada o corpo começará a deslizar. = µe .N PRF VIP – Noções de Física – Prof. Alexei Müller 31concurseiro.vip Força de atrito cinética ( ) Força exercida sobre o corpo quando o corpo está deslizando sobre a superfície. = µe .N Observação 1. Fae > µe > µc 2. Freio ABS O Freio ABS do alemão Antiblockier-Bremssystem, embora mais frequentemente traduzido para o inglês como Anti-lock Braking 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 cinético de rolamento, que é maior que o atrito cinético de deslizamento. A derrapagem é uma das maiores causas ou agravantes de acidentes; na Alemanha, por exemplo, 40% dos acidentes são causados por derrapagens. Exemplos 1. Qual o valor da força de atrito sobre um bloco de madeira em repouso sobre uma mesa horizontal? 2. Qual o valor da força de atrito sobre um bloco que desliza sobre um plano horizontal, tracionado por uma força, também horizontal, de 20N? Sabe-se que a velocidade do bloco é constante. 3. Um bloco de massa 2,5 kg está sendo arrastado por uma força F constante de valor 20N, numa superfície horizontal, de modo a imprimir-lhe uma certa velocidade constante. Sabendo-se que há atrito entre o bloco e a superfície, qual o valor do coeficiente de atrito entre ambos? 32 concurseiro.vip 4. Tensão ( ) É a força transferida através de cordas, fios ou cabos. Exemplo 1. Seja um corpo m de massa m = 5 kg. Determine T na corda nas seguintes situações: a) m está em repouso; b) m começa a subir com aceleração constante de valor a = 2 m/s2; c) m está subindo e começa a parar com uma aceleração de valor a = 3 m/s2; d) m está descendo com velocidade constante. 2. Determine a aceleração do sistema a seguir e a tensão no fio que une os blocos A e B, sabendo que mA= 6 kg, mB = 4 kg e g= 10 m/s 2. PRF VIP – Noções de Física – Prof. Alexei Müller 33concurseiro.vip 5. Força Centrípeta (F c → ) É a força que age e modifica a direção da velocidade de um corpo é chamada força centrípeta. Aponta para o centro da trajetória e é responsável pela mudança na direção do movimento do móvel. Qualquer tipo de força pode funcionar como força centrípeta. O módulo da força centrípeta é dado pela fórmula , Observações 1. A Força Centrípeta é perpendicular ao vetor velocidade. 2. A Força Centrípeta não aumenta e não diminui o módulo da velocidade. 3. A Força Centrípeta transforma a trajetória retilínea em curvilínea. 34 concurseiro.vip Exercícios 1. Um carro deve fazer uma curva de raio 100 metros numa pista plana e horizontal, com velocidade constante e igual a 72 km/h. Admitindo-se g = 10 m/s2, qual o coeficiente de atrito para que o carro não saia da pista? 2. Um carro deve fazer uma curva de raio 70 metros numa pista plana e horizontal, com velocidade constante igual a 90 km/h. Qual o coeficiente de atrito para que o carro não saia da pista? TRABALHO MECÂNICO (W, τ ) Forma de transferência de energia com aplicação de força W = F.∆X.cos θ PRF VIP – Noções de Física – Prof. Alexei Müller 35concurseiro.vip Unidades no S.I. W: joule= J F: newton = N ∆X: metro= m Observações 1. O que é um joule? 1J é o trabalho realizado pelo agente que aplica uma força de 1N, que provoca no corpo um deslocamento de 1m na mesma orientação da força aplicada. 2. 3. Área do gráfico F x X = W POTÊNCIA MECÂNICA (P) É a rapidez com se realiza um trabalho. Como o trabalho W é dado em joules (J) e o tempo é dado em segundos (s) a potência, no S.I. é dada em J/s, ou seja em watt (W). Quer dizer que uma força desenvolve uma potência de 1 W quando realiza um trabalho de 1 J em 1 s. 36 concurseiro.vip Observação 1cv = 736 W 1 hp = 746 W Quando um móvel desenvolve velocidade constante P= F.v Exemplo (UFRGS) O resgate de trabalhadores presos em uma mina subterrânea no norte do Chile foi realizado através de uma cápsula introduzida numa perfuração do solo até o local em que se encontravam os mineiros, a uma profundidade na ordem de 600 m. Um motor com potência total aproximadamente igual a 200,0 kW puxava a cápsula de 250 kg contendo um mineiro de cada vez. Considere que para o resgate de um mineiro de 70 kg de massa a cápsula gastou 10 minutos para completar o percurso e suponha que a aceleração da gravidade local é 9,8 m/s2. Não se computando a potência necessária para compensar as perdas por atrito, a potência efetivamente fornecida pelo motor para içar a cápsula foi de a) 686 W. b) 2.450 W. c) 3.136 W. d) 18.816 W. e) 41.160 W. ENERGIA MECÂNICA A Energia Mecânica de um corpo é a soma de sua energia cinética com sua energia potencial. Em = Ec + EP ------------------------------------- Unidade no SI: J (joule) Energia Cinética (Ec) Todo corpo que se encontra em movimento, fica dotado de uma energia devido a este estado de movimento, chamada de Energia Cinética. PRF VIP – Noções de Física – Prof. Alexei Müller 37concurseiro.vip Um corpo de massa m, movendo-se com velocidade v, possui uma energia cinética calculada por: EC = m.v2 2 Unidades no S.I. E: joule = J m: quilograma = kg v: metro por segundo= m/s Exemplo Para um dado observador, dois automóveis A e B, de massas iguais, movem-se com velocidades constantes de 20 km/h e 30 km/h, respectivamente. Para o mesmo observador, qual a razão EA/ EB entre as energias cinéticas desses automóveis? a) 1/3 b) 4/9 c) 2/3 d) 3/2 e) 9/4 Energia Potencial Energia potencial é aquela forma de energia que todo corpo possui devido a sua posição não natural. Encontramos dois tipos de energia potencial: Energia Potencial Gravitacional (Eg) 38 concurseiro.vip Um corpo de massa m, situado a uma altura h de um referencial, possui uma energia potencial gravitacional calculada por: Eg = m.g.h Unidades no S.I. E: joule= J m: quilograma = kg g: metro por segundo ao quadrado = m/s2 h: metro = m Exemplo Um corpo de 5 kg de massa está a altura de 20 m. Considerando g = 10m/s2, a energia potencial gravitacional do corpo nessa posição em relação ao solo é igual a a) 1.000 J. b) 750 J. c) 500 J. d) 100 J. e) 50 J. Força Elástica Lei de Hooke: F X =K A força elástica de uma mola de constante elástica K que sofre uma deformação x é calculada por: F = K.x PRF VIP – Noções de Física – Prof. Alexei Müller 39concurseiro.vip Energia PotencialElástica (Ee) Quando um corpo elástico está comprimido ou distendido, portanto não se encontra em sua posição natural, ele fica dotado de uma energia chamada de Energia Potencial Elástica. Unidades no S.I. E: joule = J K: Newton por metro = N/m x: metro = m F: Newton = N TEOREMA DA CONSERVAÇÃO DA ENERGIA MECÂNICA “Na ausência de forças dissipativas, a Energia Mecânica, de um sistema, permanece constante, isto é, a cada acréscimo de Energia Cinética, ocorre igual decréscimo de Energia Potencial e vice-versa”. 40 concurseiro.vip Coeficiente de Restituição: e e= Vrei afastamento Vrei aproximação CHOQUES MECÂNICOS Após o choque, duas partículas que viajam no espaço podem seguir separadas ou podem seguir juntas sua trajetória, caracterizando um choque elástico ou um choque inelástico. Observe o quadro abaixo: Choque Q Como os corpos ficam após o choque Ec e Choque Elástico QA = QD Separados sem deformações. Ec A = Ec D e = 0 Choque Inelástico QA = QD Separados com deformações. Ec A > Ec D e = 1 Choque Perfeitamente Inelástico QA = QD Juntos. Ec A >>> Ec D 0 < e < 1 Exemplo (PRF – 2009) Um condutor, ao desrespeitar a sinalização, cruza seu veículo de 5.000 kg por uma linha férrea e é atingido por um vagão ferroviário de 20t que trafegava a 36 km/h. Após o choque, o vagão arrasta o veículo sobre os trilhos. Desprezando-se a influência do atrito e a natureza do choque como sendo perfeitamente inelástico, qual a velocidade em que o veículo foi arrastado? a) 9 m/s. b) 10 m/s. c) 8 m/s. d) 12 m/s. e) nula. 41concurseiro.vip Questões Para Estudar 1. (PRF – 2009) Ao longo de uma estrada re- tilínea, um carro passa pelo posto policial da cidade A, no km 223, às 9h30 min e 20 s, conforme registra o relógio da cabine de vigilância. Ao chegar à cidade B, no km 379, o relógio do posto policial daquela cidade registra 10h20 min e 40 s. O chefe do poli- ciamento da cidade A verifica junto ao chefe do posto da cidade B que o seu relógio está adiantado em relação àquele em 3min e 10 s. Admitindo-se que o veículo, ao passar no ponto exato de cada posto policial, apresen- ta velocidade dentro dos limites permitidos pela rodovia, o que se pode afirmar com re- lação à transposição do percurso pelo veí- culo, entre os postos, sabendo-se que neste trecho o limite de velocidade permitida é de 110 km/h? a) Trafegou com velocidade média ABAIXO do limite de velocidade. b) Trafegou com velocidade média ACIMA do limite de velocidade. c) Trafegou com velocidade sempre ABAI- XO do limite de velocidade. d) Trafegou com velocidade sempre ACI- MA do limite de velocidade e) Trafegou com aceleração média DEN- TRO do limite permitido para o trecho. 2. (VUNESP – 2007) A função da velocidade em relação ao tempo de um ponto mate- rial em trajetória retilínea, no SI, é v = 5,0 – 2,0t. Por meio dela pode-se afirmar que, no instante t = 4,0 s, a velocidade desse ponto material tem módulo a) 13 m/s e o mesmo sentido da velocida- de inicial. b) 3,0 m/s e o mesmo sentido da velocida- de inicial. c) zero, pois o ponto material já parou e não se movimenta mais. d) 3,0 m/s e sentido oposto ao da veloci- dade inicial. e) 13 m/s e sentido oposto ao da velocida- de inicial. 3. (CESGRANRIO – 2011) Um automóvel de massa igual a 800 kg, animado com veloci- dade escalar de 10 m/s em trajetória retilí- nea, diminui uniformemente sua velocida- de, por efeito de forças dissipativas, para 8 m/s em 4 segundos. A variação do momen- to linear médio, em kgm/s, e a resultante média das forças dissipativas, em N, pos- suem módulos respectivamente iguais a a) 1.600 e 400 b) 1.600 e 800 c) 800 e 800 d) 800 e 1.600 e) 400 e 800 4. (CESGRANRIO – 2001 – Petrobrás) Um bloco de massa M, inicialmente em re- pouso na vizinhança do ponto A de coorde- nadas x = 0 e y = H, desliza sem atrito sobre o plano inclinado, conforme a figura acima. Sendo a aceleração da gravidade local igual a g, a energia cinética do bloco, em função da abscissa x = d, é expressa por 42 concurseiro.vip a) M.g.(H-d.tgα) b) M.g.d.(1/ tgα) c) M.g.d.senα d) M.g.d.cosα e) M.g.d. tgα 5. Na figura está representado um lustre pen- durado no teto de uma sala. Nessa situação, considere as seguintes for- ças: I – O peso do lustre, exercido pela Terra, aplicado no centro de gravidade do lustre. II – A tração que sustenta o lustre, aplicada no ponto em que o lustre se prende ao fio. III – A tração exercida pelo fio no teto da sala, aplicada no ponto em que o fio se prende ao teto. IV – A força que o teto exerce no fio, aplica- da no ponto em que o fio se prende ao teto. Dessas forças, quais configuram um par ação-reação, de acordo com a Terceira Lei de Newton? a) I e II. b) II e III. c) III e IV. d) I e III. e) II e IV. 6. (Vunesp – 2007) Uma menina deixa cair uma bolinha de massa de modelar que se choca verticalmente com o chão e pára; a bolinha tem massa 10 g e atinge o chão com locidade de 3,0 m/s. Pode-se afirmar que o impulso exercido pelo chão sobre essa boli- nha é vertical, tem sentido para a) cima e módulo 3,0 ⋅10-2 N ⋅ s. b) baixo e módulo 3,0 ⋅10-2 N ⋅ s. c) cima e módulo 6,0 ⋅10-2 N ⋅ s. d) baixo e módulo 6,0 ⋅10-2 N ⋅ s. e) cima e módulo igual a zero. 7. (Vunesp – 2007) Na figura estão represen- tadas duas situações físicas cujo objetivo é ilustrar o conceito de trabalho de forças conservativas e dissipativas. Em I, o bloco é arrastado pela força F so- bre o plano horizontal; por causa do atrito, quando a força F cessa o bloco para. Em II, o bloco, preso à mola e em repouso no ponto O, é puxado pela força F sobre o plano ho- rizontal, sem que sobre ele atue nenhuma força de resistência; depois de um pequeno deslocamento, a força cessa e o bloco volta, puxado pela mola, e passa a oscilar em tor- no do ponto O. Essas figuras ilustram: a) I: exemplo de trabalho de força dissipa- tiva (força de atrito), para o qual a ener- gia mecânica não se conserva; II: exem- plo de trabalho de força conservativa (força elástica), para o qual a energia mecânica se conserva. b) I: exemplo de trabalho de força dissipa- tiva (força de atrito), para o qual a ener- gia mecânica se conserva; II: exemplo de trabalho de força conservativa (força elástica), para o qual a energia mecâni- ca não se conserva. c) I: exemplo de trabalho de força con- servativa (força de atrito), para o qual a energia mecânica não se conserva; II: exemplo de trabalho de força dissipati- va (força elástica), para o qual a energia mecânica se conserva. 43 PRF VIP – Noções de Física – Prof. Alexei Müller concurseiro.vip d) I: exemplo de trabalho de força conser- vativa (força de atrito), para o qual a energia mecânica se conserva; II: exem- plo de trabalho de força dissipativa (for- ça elástica), para o qual a energia mecâ- nica não se conserva. e) I: exemplo de trabalho de força dissi- pativa (força de atrito); II: exemplo de trabalho de força conservativa (força elástica), mas em ambos a energia me- cânica se conserva. 8. (FMU) Você vaipara a faculdade com a velo- cidade média de 30 km/h e volta com ave- locidade média de 20 km/h. Para ir e voltar gastando o mesmo tempo,sua velocidade média deveria ser a) 25 km/h b) 50 km/h c) 24 km/h d) 10 km/h e) 48 km/h 9. (COMPERVE – 2008) Para demonstrar a aplicação das leis de conservação da ener- gia e da quantidade de movimento, um pro- fessor realizou o experimento ilustrado nas Figuras 1 e 2, abaixo. Inicialmente, ele fez colidir um carrinho de massa igual a 1,0 kg, com velocidade de 2,0 m/s, com um outro de igual massa, porém em repouso, conforme ilustrado na Figura 1. No segundo carrinho, existia uma cera adesiva de massa desprezível. Após a coli- são, os dois carrinhos se mantiveram uni- dos, deslocando-se com velocidade igual a 1,0 m/s, conforme ilustrado na Figura 2. Considerando-se que a quantidade de mo- vimento e a energia cinética iniciais do sis- tema eram, respectivamente, 2,0 kg.m/s e 2,0 J, pode-se afirmar que, após a colisão,a) nem a quantidade de movimento do sistema nem sua energia cinética foram conservadas. b) tanto a quantidade de movimento do sistema quanto sua energia cinética fo- ram conservadas. c) a quantidade de movimento do sistema foi conservada, porém a sua energia ci- nética não foi conservada. d) a quantidade de movimento do sistema não foi conservada, porém a sua ener- gia cinética foi conservada. 10. (PUC-PR) Um automóvel parte de Curitiba com destino a Cascavel com velocidade de 60km/h. 20 minutos depois parte outro automóvel de Curitiba com o mesmo destino à velocidade 80 km/h. Depois de quanto tempo o 2 automóvel alcançará o 1? a) 60 min b) 70 min c) 80 min d) 90 min e) 56 min 11. (PRF – 2009) Uma condição necessária e suficiente para que um veículo de 1000 kg apresente uma quantidade de movimento NULA é que a) esteja trafegando em uma trajetória re- tilínea. b) esteja somente em queda livre. c) apresente velocidade constante e dife- rente de zero. 44 concurseiro.vip d) seja nula a resultante de forças que nele atua. e) esteja parado, ou seja, em repouso. 12. (PRF – 2009) Um condutor, ao desrespeitar a sinalização, cruza seu veículo de 5000 kg por uma linha férrea e é atingido por um vagão ferroviário de 20 t que trafegava a 36 km/h. Após o choque, o vagão arrasta o veículo so- bre os trilhos. Desprezando-se a influência do atrito e a natureza do choque como sen- do perfeitamente inelástico, qual a velocida- de em que o veículo foi arrastado? a) 9 m/s. b) 8 m/s. c) 10 m/s. d) 12 m/s. e) nula. 13. Ao se projetar uma rodovia e seu sistema de sinalização, é preciso considerar variáveis que podem interferir na distância mínima necessária para um veículo parar, por exemplo. Considere uma situação em que um carro trafega a uma velocidade constante por uma via plana e horizontal, com determinado coeficiente de atrito estático e dinâmico e que, a partir de um determinado ponto, aciona os freios, desacelerando uniformemente até parar, sem que, para isso, tenha havido deslizamento dos pneus do veículo. Desconsidere as perdas pelas resistência do ar e o atrito entre os componentes mecânicos do veículo. A respeito da distância mínima de frenagem, nas situações descritas, são feitas as seguintes afirmações: I. Ela aumenta proporcionalmente à massa do carro. II. Ela é inversamente proporcional ao coeficiente de atrito estático. III. Ela não se relaciona com a aceleração da gravidade local. IV. Ela é diretamente proporcional ao quadrado da velocidade inicial do carro. Assinale a alternativa que apresenta apenas afirmativas corretas. a) I e II. b) II e IV. c) III e IV. d) I e III. e) Todas. 14. (PRF – 2007) Um automóvel, de peso 12.000 N, apresentou pane mecânica e ficou para- do no acostamento de uma rodovia. Um caminhão reboque veio ao local para retirá- -lo. O automóvel será puxado para cima do caminhão com o auxílio de um cabo de aço, através de uma rampa que tem uma inclina- ção de 30 graus com a horizontal. Conside- rando que o cabo de aço permanece parale- lo à rampa e que os atritos são desprezíveis, a menor força que o cabo de aço deverá exercer para puxar o automóvel será, apro- ximadamente, de a) 12 000 N. b) 6 000 N. c) 10400 N. d) 5200 N. e) 4000 N. 15. Uma força de módulo 10N e outra de módu- lo 12N são aplicadas simultaneamente a um corpo. Qual das opções abaixo representa uma possível intensidade da resultante des- sas forças? a) 0N b) 2N c) 170N d) 24N e) 120N 16. A aceleração de um corpo em movimento de translação, num dado instante, não é nula. Então, a soma das forças que no ins- tante considerado estão atuando na partí- cula a) será obrigatoriamente nula. b) pode ser nula. c) será obrigatoriamente diferente de zero. d) pode ser diferente de zero, desde que seja variável. 45 PRF VIP – Noções de Física – Prof. Alexei Müller concurseiro.vip e) nada se pode afirmar, uma vez que não foi dada a massa do corpo. 17. Quando duas forças não equilibradas são exercidas sobre um corpo simultaneamen- te, sua aceleração a) é nula. b) aponta na direção da força resultante e em sentido contrário. c) aponta na direção da força resultante e no mesmo sentido. d) aponta na direção da força menor. e) independe da força resultante. 18. Uma força de módulo 10 N e outra de mó- dulo 20 N são exercidas simultaneamente, na mesma direção e em sentidos contrários, sobre uma massa igual a 2 kg. Qual o mó- dulo da aceleração resultante da aplicação dessas forças? a) 5 m/s2. b) 10 m/s2. c) 15 m/s2. d) 20 m/s2. e) 60 m/s2. 19. As forças que compõem um par ação-rea- ção nunca se neutralizam porque a) possuem mesmo módulo, mas direções diferentes. b) possuem mesmo módulo e mesmo sen- tido. c) suas direções são perpendiculares. d) possuem sentidos opostos, mas módu- los diferentes. e) possuem sentidos opostos, mas agem em corpos diferentes. 20. Um casal de patinadores está parado sobre patins, numa pista plana onde o atrito é considerado nulo. Se o homem empurrar a mulher, a) os dois se movem no mesmo sentido. b) os dois se movem em sentidos opostos. c) apenas a mulher se move. d) os dois não se movem. e) é necessário conhecer o peso de cada um para definir seus movimentos. 21. Uma pedra é lançada contra uma janela de vidro, e ele se quebra; nesse caso, a intensi- dade a) da força de ação é maior que a de rea- ção. b) da força de ação é igual à de reação. c) da força de ação é menor que a de rea- ção. d) da força de ação é exatamente o dobro da de reação. e) da força de reação é nula. 22. O peso de um corpo depende a) apenas de sua massa. b) apenas da gravidade. c) da massa e da gravidade. d) da massa e da resistência do ar. e) da massa e do volume do corpo. 23. Em uma partícula atuam duas forças de 50N e 120N, perpendiculares entre si. O valor da força resultante é a) 130N. b) 170N. c) 70N. d) 6.000N. e) 140N. 24. Dois corpos A e B, de massa MA= 3kg e MB= 6 kg, estão ligados por um fio ideal que pas- sa por uma polia, conforme o desenho. 46 concurseiro.vip Entre o corpo A e o apoio, há atrito, cujo coeficiente é µ = 0,5. Tomando-se a acele- ração da gravidade igual a 10 m/s2, pode-se afirmar que a aceleração dos corpos e a for- ça de tração no fio valem a) 10m/s2 e 60N. b) 5m/s2 e 30N. c) 2m/s2 e 30N. d) 12m/s2 e 30N. e) 4m/s2 e 50N. 25. Um menino empurra uma caixa que desliza com atrito sobre um piso horizontal. Para isso, ele aplica na caixa uma força horizontal dirigida para a direita. A força de atrito en- tre a caixa e o piso é constante, e o efeito do ar no movimento da caixa é desprezível. No instante inicial, representado na figura abai- xo, a força aplicada pelo menino é F, cujo módulo é maior do que o da força de atri- to, e a velocidade da caixa é vo. Selecione a alternativa que preenche corretamente as lacunas do parágrafo abaixo. Se F permanecer constante, a velocidade da caixa será ............... . Se o módulo de F dimi- nuir, permanecendo contudo maior do que o da força de atrito, a velocidade da caixa, nos instantes subsequentes, será ................ Se o módulo de F diminuir, tornando-se igual ao da força de atrito, a velocidade da caixa, nos instantes subsequentes, será .............. . a) constante – decrescente – nula. b) crescente – decrescente – nula. c) crescente – crescente – constante. d) constante – crescente – nula. e) crescente- decrescente – constante. 26. Um corpo de massa m=5,0kg é puxado hori- zontalmente sobre uma mesa, por uma for- ça F de módulo 15,0N, conforme mostra a figura abaixo. Observa-se que o corpo acelera a 2 m/s2. O módulo da força de atrito presente vale a) 0. b) 1,0 N. c) 3,0 N. d) 5,0 N. e) 10,0 N. O enunciado seguinte refere-se às questões 27 e 28. Um automóvel de 1000 kg de massa, mo- vendo-se com a velocidade de 20 m/s, é fre- ado, tendo sua velocidade uniformemente diminuída e parando após percorrer 25m. 27. O intervalo de tempo entre o instante da aplicação dos freios e o instante em que o carropara, em segundos é a) 0,5. b) 1,5. c) 2,0. d) 2,5. e) 3,0. 28. O módulo da força resultante que atua so- bre o carro durante a freada, em N, é a) 1,0.103. b) 2,5.103. c) 3,0.103. d) 7,0.103. e) 8,0.103. 47 PRF VIP – Noções de Física – Prof. Alexei Müller concurseiro.vip 29. Para manter um carrinho em movimento retilíneo, com velocidade constante sobre uma mesa horizontal, verifica-se que é pre- ciso puxá-lo com uma força constante, pa- ralela à superfície da mesa. Isso indica que, sem levar em conta a resistência do ar, a) apenas a força está sendo exercida so- bre o carrinho. b) apenas a força e o peso estão sendo exercidas sobre o carrinho. c) a força de reação à força também está sendo exercida sobre o carrinho. d) a força de atrito, que está sendo exerci- da sobre o carrinho, é igual, em módu- lo, à força aplicada. e) a força de atrito, que está sendo exer- cida sobre o carrinho, é menor, em mó- dulo, do que a força aplicada. 30. Um corpo movimenta-se com aceleração constante de 10m/s2. Isso significa que em cada a) segundo ele percorre 10m. b) segundo sua velocidade varia de 10m/s. c) 10m sua velocidade varia de 1m/s. d) 10m sua velocidade dobra. e) 10m sua velocidade varia de 10m/s. 31. Um móvel, partindo do repouso, atinge a velocidade de 12m/s após 36s. Qual a ace- leração média do móvel nesse intervalo de tempo? a) Zero. b) (1/3) m/s2. c) (1/2) m/s2. d) 2 m/s2. e) 3 m/s2. 32. O cinto de segurança é de uso obrigatório em nosso estado. Numa freada brusca, a tendência do corpo do motorista ou dos passageiros é permanecer em movimento por a) ressônacia. b) inércia. c) ação e reação. d) atrito. e) gravitação. 33. De acordo com as leis da mecânica newto- niana, se um corpo de massa constante a) tem velocidade de módulo constante; é nula a resultante das forças atuando nele. b) descreve uma trajetória retilínea com velocidade constante; não há forças atuando nele. c) descreve um movimento com veloci- dade constante; é nula a resultante das forças nele aplicadas. d) possui velocidade vetorial constante; não há força aplicada no corpo. e) está em movimento retilíneo e unifor- me, porque existem forças nele aplica- das. 34. Existe uma força resultante quando a) um objeto inicialmente em repouso é colocado em movimento b) é necessário manter um corpo em MRU. c) é necessário manter um movimento uniforme. d) é necessário manter um corpo em re- pouso. e) em todas as situações acima citadas. 35. Um jipe choca-se frontalmente com um automóvel estacionado. A massa do jipe é aproximadamente o dobro da massa do au- tomóvel. Considerando que durante o tem- po de colisão atuam apenas as forças que os dois veículos se exercem mutuamente, pode-se afirmar que, nesse mesmo interva- lo de tempo, a) a força média que o automóvel exerce sobre o jipe é maior em módulo do que a força média que o jipe exerce sobre o automóvel. b) a força média que o jipe exerce sobre o automóvel é maior em módulo do que a força média que o automóvel exerce sobre o jipe. 48 concurseiro.vip c) a aceleração média que o automóvel sofre é maior em módulo do que a ace- leração média que o jipe sofre. d) a aceleração média que o jipe sofre é maior em módulo do que a aceleração média que o automóvel sofre. e) a variação de velocidade que o jipe ex- perimenta é maior em módulo do que a variação de velocidade que o automó- vel experimenta. 36. (Enem – 2009) O Brasil pode se transformar no primeiro país das Américas a entrar no se- leto grupo das nações que dispõem de trens- -bala. O Ministério dos Transportes prevê o lançamento do edital de licitação interna- cional para a construção da ferrovia de alta velocidade Rio-São Paulo. A viagem ligará os 403 quilômetros entre a Central do Brasil, no Rio, e a Estação da Luz, no centro da capital paulista, em uma hora e 25 minutos. Disponível em: http://oglobo.globo.com. Acesso em: 14 jul. 2009. Devido à alta velocidade, um dos problemas a ser enfrentado na escolha do trajeto que será percorrido pelo trem é o dimensiona- mento das curvas. Considerando-se que uma aceleração lateral confortável para os passageiros e segura para o trem seja de 0,1 g, em que g é a aceleração da gravidade (considerada igual a 10 m/s2), e que a velo- cidade do trem se mantenha constante em todo o percurso, seria correto prever que as curvas existentes no trajeto deveriam ter raio de curvatura mínimo de, aproximada- mente, a) 80 m. b) 430 m. c) 800 m. d) 1.600 m. e) 6.400 m. 37. Um elevador transporta 8 pessoas, com ve- locidade constante, do térreo até o 8º andar de um edifício, em 40s. Se realizar a mesma tarefa em 20s, então a) realizará um trabalho duas vezes maior. b) realizará um trabalho duas vezes me- nor. c) desenvolverá uma potência igual à ini- cial. d) desenvolverá uma potência duas vezes menor. e) desenvolverá uma potência duas vezes maior. 38. Uma força horizontal de 20N arrasta por 5 m um peso de 30N, sobre uma superfície horizontal. Os trabalhos realizados pela for- ça de 20N e pela força peso, nesse desloca- mento, valem, respectivamente, a) 100 J e zero. b) 100 J e 150 J. c) 100 J e 300 J. d) 150 J e 600 J. e) 600 J e 150 J. 39. Um corpo de massa igual a 5kg é levantado verticalmente, com velocidade constante, a uma altura de 5 m. Sendo g = 10 m/s2, o trabalho realizado pela força peso do corpo durante esse levantamento, vale a) – 250 J. b) 250 J. c) 25 J. d) – 25 J. e) 5 J. 40. Um corpo possui uma energia cinética de 30 J. É exercida, então, sobre ele, uma força centrípeta de 5 N e, em consequência, ele se desloca ao longo de um arco de círculo de 2 m de extensão. Ao final desse trecho, cessa a força centrípeta, e passa a ser exer- cida sobre ele uma força resultante cons- tante de 1,5 N ao longo de um percurso de 10 m. Essa força coincide, em direção e sen- tido, com a velocidade do corpo no instante em que deixou de ser exercida a força cen- trípeta. Qual é a energia cinética do corpo no final do percurso de 10 m? a) 5J. b) 25J. c) 30J. 49 PRF VIP – Noções de Física – Prof. Alexei Müller concurseiro.vip d) 45J. e) 55J. 41. Um balde cheio de argamassa, pesando ao todo 200N, é puxado verticalmente por um cabo para o alto de uma construção, à velo- cidade constante de 0,5m/s. Considerando- -se a aceleração da gravidade igual a 10m/ s2, a energia cinética do balde e a potência a ele fornecida durante o seu movimento va- lerão, respectivamente, a) 2,5J e 10W. b) 2,5J e 100W. c) 5J e 100W. d) 5J e 400W. e) 10J e 10W. 42. A velocidade de um carro de Fórmula Um é reduzida de 324 km/h para 108 km/h num intervalo de tempo igual a 1,0s. Sua acelera- ção tangencial média, em módulo, quando comparada com a aceleração da gravidade (g = 10 m/s2), é a) 3g. b) 4g. c) 6g. d) 8g. e) 12g. 43. Um atleta correu 720 m num intervalo de tempo de 90 s. Qual foi a sua velocidade média em km/h? a) 23,2. b) 25,0. c) 28,8. d) 30,2. e) 32,5. 44. Sendo a distância entre duas cidades 48km e considerando-se a velocidade máxima permitida de 80km/h, o tempo mínimo, em minutos, para um veículo completar o per- curso é igual a a) 20. b) 28. c) 36. d) 40. e) 48. 45. Para transpor uma ponte de 60 m de com- primento, um trem precisa de 15 s em mo- vimento uniforme com velocidade de 10 m/s. Qual é o comprimento do trem? a) 90m. b) 180m. c) 5,0m. d) 9,0m. e) 600m. 46. Um carro anda durante 1 hora com velo- cidade média de 80 km/h e durante meia hora com velocidade média de 100 km/h. Sua velocidade média em todo o percurso é, em km/h, aproximadamente, de a) 62. b) 80. c) 87. d) 90. e) 100. 47. Um trem de carga de 200m de comprimen- to, movendo-se com velocidade constante de 72 km/h, gasta 0,5min para atravessar completamente um túnel. O comprimento do túnel é, em metros, a) 60. b) 180. c) 200. d) 260. e) 400. 48. Um menino larga do repouso um balão cheio de água do alto de um edifício e mar- ca um intervalo de tempo de 2s entre a lar- gada e o instante em que vê o balãoexplo- dir na calçada. Considerando desprezível o atrito com o ar e a aceleração da gravidade igual a 10m/s2, qual a altura aproximada do edifício que pode ser calculada a partir des- ses dados? a) 10m. b) 40m. c) 20m. 50 concurseiro.vip d) 60m. e) 30m. 49. A figura representa a trajetória de um mó- vel em um movimento circular uniforme, no sentido horário. Quando o móvel está na posição P, a sua aceleração é melhor indicada pelo vetor a) 1 b) 2 c) 3 d) 4 e) 5 50. Numa pista atlética retangular de lados a = 160 m e b = 60 m, um atleta corre com velocidade de módulo constante v = 5 m/s, no sentido horário, conforme mostrado na figura. Em t = 0s, o atleta encontra-se no ponto A. O módulo do deslocamento do atleta, após 60s de corrida, em m, é a) 100. b) 220. c) 300. d) 10000. e) 18000. 51. Um ponto material movimenta-se a partir do ponto A sobre o diagrama anexo, da se- guinte forma: 6 unidades (u) para o Sul; 4u para o Leste e 3u para o Norte. O módulo do deslocamento vetorial desse móvel foi de: a) 13 u. b) 7 u. c) 5 u. d) 3 u. e) 1 u. 52. Um automóvel percorre um trecho retilíneo de uma estrada, indo da cidade A até a cida- de B, distante 150 km da primeira. Saindo às 10 h de A, para às 11 h em um restau- rante situado no ponto médio do trecho AB, onde o motorista gasta exatamente 1 h para almoçar. A seguir, prossegue viagem e gasta mais 1 h para chegar a cidade B. A velocida- de média do automóvel no trecho AB foi de a) 60 km/h. b) 75 km/h. c) 50 km/h. d) 210 km/h. e) 40 km/h. 51 PRF VIP – Noções de Física – Prof. Alexei Müller concurseiro.vip 53. Numa pista de prova, um automóvel, par- tindo do repouso, atinge uma velocidade escalar de 108 km/h em 6s. Qual sua acele- ração escalar média? a) 4 m/s2 b) 5 m/s2 c) 8 m/s2 d) 9 m/s2 e) 18 m/s2 54. Um automóvel anda com velocidade de 108 km/h. Quando freado, para em 7,5s. Deter- mine o módulo da aceleração média intro- duzida pelos freios a) 1 m/s2. b) 2 m/s2. c) 3 m/s2. d) 4 m/s2. e) 5 m/s2. 55. Numa pista curta, um avião acelera a par- tir do repouso e em 20s deve decolar. Se o avião, na decolagem, mantiver a aceleração de 5,0 m/s2, sua velocidade no final da pista será de a) 100 m/s. b) 108 m/s. c) 36 m/s. d) 200 km/h. e) 400 km/h. 56. Um automóvel que trafega com velocidade constante de 10 m/s, em uma pista reta e horizontal passa a acelerar uniformemente à razão de 60 m/s em cada minuto, manten- do essa aceleração durante meio minuto. A velocidade instantânea do automóvel, ao final desse intervalo de tempo, e sua veloci- dade média, no mesmo intervalo de tempo, são, respectivamente, a) 30 m/s e 15 m/s. b) 30 m/s e 20 m/s. c) 20 m/s e 15 m/s. d) 40 m/s e 20 m/s. e) 40 m/s e 25 m/s. 57. O gráfico da velocidade v em função do tempo t caracteriza o deslocamento de um veículo em movimento uniformemente ace- lerado. A partir dos dados apresentados neste grá- fico, é possível afirmar que a aceleração do veículo nos 8s iniciais do movimento, em m/ s2, é igual a a) 1,25. b) 1,75. c) 2,25. d) 2,50. e) 3,50. 58. O gráfico abaixo indica as posições ocupa- das por dois automóveis, A e B, em função do tempo, sobre uma trajetória retilínea. A partir da análise do gráfico, pode-se con- cluir que a) os dois automóveis têm iguais velocida- des em módulo. 52 concurseiro.vip b) os dois automóveis têm velocidades iguais somente no ponto P. c) os dois automóveis se encontram na mesma posição no ponto P. d) a aceleração do automóvel A é maior do que a do automóvel B. e) a aceleração do automóvel B é maior do que a do automóvel A. 59. Um corpo parte do repouso e descreve um movimento retilíneo com aceleração cons- tante, durante 8s. Sabe-se que a velocidade média do corpo neste intervalo de tempo foi de 16 m/s. Qual é, em m/s2, o módulo da aceleração desse corpo? a) 0,5 b) 1 c) 2 d) 4 e) 16 60. (UFRGS) Uma grande aeronave para trans- porte de passageiros precisa atingir a ve- locidade de 360 km/h para poder decolar. Supondo que essa aeronave desenvolve, na pista, uma aceleração constante de 2,5 m/ s2, qual é a distância mínima que ela neces- sita percorrer sobre a pista antes de deco- lar? a) 10.000 m b) 5.000 m c) 4.000 m d) 2.000 m e) 1.000 m Gabarito: 1. B 2. D 3. A 4. A 5. C 6. A 7. A 8. C 9. C 10. C 11. E 12. B 13. C 14. B 15. B 16. A 17. C 18. A 19. E 20. B 21. B 22. C 23. A 24. B 25. C 26. D 27. D 28. E 29. D 30. B 31. B 32. B 33. C 34. A 35. C 36. A 37. E 38. A 39. A 40. D 41. B 42. C 43. C 44. C 45. A 46. C 47. E 48. C 49. C 50. A 51. C 52. B 53. B 54. D 55. A 56. E 57. C 58. C 59. D 60. D 53concurseiro.vip Questões Cespe Indique C se a afirmativa estiver correta e E se a afirmativa estiver errada. Com relação a mecânica, julgue os itens a seguir. 1. Se um corpo rígido encontrar-se em equilí- brio estático, então, necessariamente, ne- nhuma força ou torque estará atuando so- bre esse corpo. ( ) Certo ( ) Errado 2 Se um veículo, trafegando em uma rodovia, percorrer 225 km em 2 horas e 15 minutos, então, nesse percurso, a sua velocidade mé- dia será de 100 km/h. ( ) Certo ( ) Errado 3. Um corpo em movimento circular uniforme é submetido a uma aceleração centrípeta tangencial à sua trajetória. ( ) Certo ( ) Errado 4. De acordo com a terceira lei de Newton, a força de ação e a força de reação corres- pondente não atuam em um mesmo corpo, mas em corpos distintos. ( ) Certo ( ) Errado 5. Se uma pedra de 0,5 kg for lançada do solo para o alto com velocidade de 10,0 m/s e retornar à mesma posição em que foi lança- da com uma velocidade de 8,0 m/s, então o trabalho total efetuado pela força de atrito do ar terá sido igual a 10,0 J. ( ) Certo ( ) Errado 6. Considere um corpo em movimento retilí- neo sobre uma superfície horizontal com atrito. Uma prova de que sua energia é con- servada é o aquecimento da superfície. ( ) Certo ( ) Errado Com relação à mecânica julgue a afirmação seguinte 7. No movimento circular uniforme, o vetor que representa a força centrípeta é sempre perpendicular ao vetor velocidade instantâ- nea e paralelo ao vetor aceleração centrípe- ta. ( ) Certo ( ) Errado 8. Numa colisão elástica a energia cinética to- tal e o momento linear total das partículas se conservam. ( ) Certo ( ) Errado Com relação à mecânica julgue as afirma- ções seguintes 9. Dois corpos de massas diferentes são soltos simultaneamente da mesma altura e caem sob a ação da gravidade. Desprezando o atrito do ar, quando tocam o solo possuem a mesma quantidade de movimento. ( ) Certo ( ) Errado 10. Um corpo se move em trajetória retilínea a 40 km/h durante 20 min e, em seguida, sua velocidade muda bruscamente para 80 km/h, a qual é mantida por 30 min. A veloci- dade média do percurso todo vale, portan- to, 65 km/h. ( ) Certo ( ) Errado 54 concurseiro.vip Com relação à mecânica julgue as afirma- ções seguintes 11. A velocidade escalar média de um automó- vel durante 60km é 30km/h, e, durante os 60km restantes é 10km/h. A velocidade mé- dia no percurso total é 15km/h. ( ) Certo ( ) Errado 12. Um corpo percorre uma trajetória circular com velocidade escalar constante porque a força resultante sobre ele é nula. ( ) Certo ( ) Errado 13. É mais difícil parar um caminhão carregado que perde os freios, do que quando ele está vazio. ( ) Certo ( ) Errado O gráfico abaixo representa o movimento de um bloco de massa m = 3kg lançado so- bre uma superfície horizontal, com veloci- dade inicial de módulo igual a 6m/s. Julgue os itens abaixo. 14. A força de atrito que atua no movimento entre os instantes t1 e t2 é menor do que a força de atrito que atua entre os instantes t2 e t3. ( ) Certo ( ) Errado 15. A força de atrito que atua entre os instantes t0 e t1 é nula. ( ) Certo ( ) Errado 16. A distância percorrida entre os instantes t1 e t2 é menor do que a distância percorrida entre os instantes t2 e t3. ( ) Certo ( ) Errado 17. A distância percorrida pelo blocoentre os instantes t0 e t3 é de 26m. ( ) Certo ( ) Errado O gráfico abaixo representa as velocidades em função do tempo para dois carros, A e B, em uma estrada reta. Em t = 0 eles se en- contram no quilômetro zero. Julgue os itens abaixo. 18. A velocidade média desenvolvida pelo car- ro A nas primeiras duas horas da viagem é 70km/h. ( ) Certo ( ) Errado 19. Ao final das primeiras duas horas de via- gem, o carro B ultrapassa o carro A. ( ) Certo ( ) Errado 55 PRF VIP – Noções de Física – Prof. Alexei Müller concurseiro.vip 20. Durante as primeiras quatro horas de via- gem, cada carro se desloca em movimento uniformemente acelerado. ( ) Certo ( ) Errado 21. Nas primeiras duas horas de viagem, a ace- leração do carro B é maior do que a acelera- ção do carro A. ( ) Certo ( ) Errado 22. Ao final das primeiras quatro horas de via- gem, a distância entre os dois carros é de 20 km. ( ) Certo ( ) Errado O gráfico abaixo representa a velocidade em função do tempo para um corpo em movimento. Com base nesta representa- ção, julgue os itens. 23. de 0 a tF 2 o movimento é acelerado. ( ) Certo ( ) Errado 24. de tF 2 a tF o movimento é retardado. ( ) Certo ( ) Errado 25. a aceleração é constante. ( ) Certo ( ) Errado 26. o gráfico pode representar a velocidade de um corpo em queda livre. ( ) Certo ( ) Errado 27. o gráfico pode representar a velocidade de uma pedra lançada para cima que volta ao solo. ( ) Certo ( ) Errado Considere um corpo em movimento cir- cular uniforme, com trajetória de raio R, sobre uma mesa lisa, preso a uma extre- midade de um fio inextensível. A outra extremidade do fio está fixa ao centro da mesa. Julgue os itens a seguir. 28. O vetor velocidade linear v ! do corpo varia continuamente porque age sobre o corpo uma força centrípeta, responsável pelo mo- vimento. ( ) Certo ( ) Errado 29. A velocidade angular ω se mantém cons- tante apesar de ser diretamente proporcio- nal a v. ( ) Certo ( ) Errado 30. O vetor aceleração centrípeta a ! c se man- tém inalterado e aponta para o centro da curva. ( ) Certo ( ) Errado 31. O trabalho realizado pela força centrípeta F ! c em uma volta completa é igual a 2πrFC . ( ) Certo ( ) Errado 56 concurseiro.vip 32. Se o fio se romper, o corpo se moverá, a partir daí, em linha reta, na direção tangen- te à curva no ponto onde o fio se rompeu. ( ) Certo ( ) Errado Considere uma pessoa pedalando uma bi- cicleta sobre uma estrada plana e julgue os itens seguintes. 33. Se não existissem forças de atrito entre o solo e os pneus da bicicleta, o ciclista não teria como acelera-la ao pedalar. ( ) Certo ( ) Errado 34. Quando o ciclista pedala, fazendo aumentar a velocidade da bicicleta, a força de atrito total do solo sobre a bicicleta aponta na di- reção do movimento. ( ) Certo ( ) Errado 35. O sentido da força de atrito total do solo sobre a bicicleta depende de estar o ciclista acelerando ou freando a bicicleta. ( ) Certo ( ) Errado Um bloco de peso P ! , submetido a uma força F ! na direção horizontal, encontra-se sobre um plano inclinado com atrito, como indica a figura abaixo. Em t = 0, sua veloci- dade é nula. Sejam µe e µc os coeficientes de atrito estático e cinético, respectiva- mente, entre a superfície do plano inclina- do e o bloco. Julgue os itens abaixo. 36. A reação normal exercida pela superfície do plano sobre o bloco é µeP cosθ , quando ele está em repouso. ( ) Certo ( ) Errado Uma criança brinca com um pedaço de “massa de modelar” de massa m1 e a ati- ra, horizontalmente, em direção a um car- rinho, inicialmente em repouso, de massa m2. Ao atingir o carrinho, a massa de mo- delar prende-se nele e ambos se movimen- tam, em um plano horizontal liso. Conside- rando o sistema formado pelas massas m1 e m2, julgue os itens abaixo. 37. A quantidade de movimento do sistema se conserva. ( ) Certo ( ) Errado 38. A energia mecânica do sistema se conserva. ( ) Certo ( ) Errado 39. A energia cinética de m1 é totalmente trans- ferida para m2. ( ) Certo ( ) Errado 40. A energia cinética do sistema não se conser- va. ( ) Certo ( ) Errado 41. Numa colisão elástica a energia de cada par- tícula é a mesma, antes e depois da colisão. ( ) Certo ( ) Errado 42. Em uma colisão inelástica não há conserva- ção da energia total do sistema. ( ) Certo ( ) Errado 57 PRF VIP – Noções de Física – Prof. Alexei Müller concurseiro.vip 43. Numa colisão elástica a energia cinética to- tal e o momento linear total das partículas se conservam. ( ) Certo ( ) Errado 44. Uma partícula de massa m1 e v1 sofre uma colisão elástica e frontal com uma partícula de massa m2 que estava inicialmente em re- pouso. A velocidade da partícula de massa m2 depois do choque é 2m1.v1/(m1 + m2). ( ) Certo ( ) Errado 45. Referindo-se ao item (3), se m2 > m1 a partí- cula de massa m1 deslocará no mesmo sen- tido que a partícula de massa m2. ( ) Certo ( ) Errado 46. Um corpo se move em trajetória retilínea a 40km/h durante 20min e, em seguida, sua velocidade muda bruscamente para 80km/h, a qual é mantida por 30min. A ve- locidade média do percurso todo vale, por- tanto, 65km/h. ( ) Certo ( ) Errado 47. Um automóvel que trafega com velocidade constante de 10 m/s, em uma pista reta e horizontal, passa a acelerar uniformemente à razão de 60 m/s em cada minuto, manten- do essa aceleração durante meio minuto. A velocidade instantânea do automóvel, ao fi- nal desse intervalo de tempo é 40 m/s. ( ) Certo ( ) Errado 48. Uma partícula, inicialmente a 2 m/s, é ace- lerada uniformemente e, após percorrer 8 m, alcança a velocidade de 6 m/s. Nessas condições, sua aceleração, em metros por segundo ao quadrado, é 2m/s2. ( ) Certo ( ) Errado 49. O gráfico abaixo representa o movimento de um bloco de massa m = 3kg lançado so- bre uma superfície horizontal, com veloci- dade inicial de módulo igual a 6 m/s. A distância percorrida entre os instantes t1 e t2 é menor do que a distância percorrida entre os instantes t2 e t3. ( ) Certo ( ) Errado 50. O gráfico abaixo representa a velocidade em função do tempo para um corpo em movimento. Com base nesta representação de t f 2 a tF o movimento é retardado. ( ) Certo ( ) Errado 58 concurseiro.vip 51. O gráfico abaixo representa a velocidade em função do tempo para um corpo em movimento. Com base nesta representação A aceleração é constante. ( ) Certo ( ) Errado 52. Um corpo em movimento circular uniforme é submetido a uma aceleração centrípeta tangencial à sua trajetória. ( ) Certo ( ) Errado 53. Um carro parte do km 20, vai até o km 70, onde, mudando o sentido do movimento, vai até o km 30 em uma estrada. A variação de espaço (deslocamento escalar) e a dis- tância efetivamente percorrida são iguais. ( ) Certo ( ) Errado 54. Um automóvel se desloca em uma estra- da horizontal com velocidade constante de modo tal que os seus pneus rolam sem qualquer deslizamento na pista. Cada pneu tem diâmetro D = 0,50 m, e um medidor co- locado em um deles registra uma frequên- cia de 840 rpm. A velocidade do automóvel é de 7 π m/s. ( ) Certo ( ) Errado 55. O gráfico relaciona a posição (s) de um mó- vel em função do tempo (t). A partir do grá- fico pode-se concluir que o móvel tem velo- cidade nula no instante 5s. ( ) Certo ( ) Errado 56. É mais difícil parar um caminhão carregado que perde os freios, do que quando ele está vazio. ( ) Certo ( ) Errado 57. De acordo com a terceira lei de Newton, a força de ação e a força de reação corres- pondente não atuam em um mesmo corpo, mas em corpos distintos. ( ) Certo ( ) Errado 58. No movimento circular uniforme, o vetor que representa a força centrípeta é sempre perpendicular ao vetor velocidade instantâ- nea e paralelo ao vetor aceleração centrípe- ta. ( ) Certo ( ) Errado 59. Considere uma pessoa pedalando uma bi- cicletasobre uma estrada plana e julgue o item seguinte. Quando o ciclista pedala, fazendo aumentar a velocidade da bicicleta, a força de atrito total do solo sobre a bicicleta aponta na di- reção do movimento. ( ) Certo ( ) Errado 59 PRF VIP – Noções de Física – Prof. Alexei Müller concurseiro.vip 60. A mecânica — uma das áreas da Física — é estruturada com base nas leis da inércia, do movimento, da ação e da reação, formula- das por Isaac Newton. Pela aplicação dessas leis, podem ser explicados macroscopica- mente diversos fenômenos da natureza re- lativos aos movimentos, suas causas e seus efeitos. Nesse contexto, julgue o item se- guinte. Se um corpo está em repouso, então ele não está sujeito à ação de forças. ( ) Certo ( ) Errado 61. O conceito de trabalho em Física é diferen- te daquele que se usa no dia-a-dia. Ele deve envolver uma força aplicada e um desloca- mento devido à ação dessa força. Assim, uma secretária em sua mesa, atendendo ao telefone, anotando informações em sua agenda, não está, necessariamente, reali- zando trabalho do ponto de vista da Física. Por outro lado, um pedreiro que leva telhas para cima do telhado está exercendo força em uma certa distância e, do ponto de vista da Física, está trabalhando. Acerca desse as- sunto, julgue os itens que se seguem. Sempre que se faz força, está havendo reali- zação de trabalho. ( ) Certo ( ) Errado 62. Considere um corpo em movimento retilí- neo sobre uma superfície horizontal com atrito. Uma prova de que sua energia é con- servada é o aquecimento da superfície. ( ) Certo ( ) Errado 63. Considerando que um veículo com massa igual a 1.000 kg se mova em linha reta com velocidade constante e igual a 72 km/h, e considerando, ainda, que a aceleração da gravidade seja igual a 10 m/s², julgue os itens a seguir. Quando o freio for acionado, para que o ve- ículo pare, a sua energia cinética e o traba- lho da força de atrito, em módulo, deverão ser iguais. ( ) Certo ( ) Errado 64. Considerando que um veículo com massa igual a 1.000 kg se mova em linha reta com velocidade constante e igual a 72 km/h, e considerando, ainda, que a aceleração da gravidade seja igual a 10 m/s², julgue os itens a seguir. Antes de iniciar o processo de frenagem, a energia mecânica do veículo era igual a 200.000 J. ( ) Certo ( ) Errado 65. A condição de validade do princípio de con- servação da quantidade de movimento line- ar de um sistema de partículas é que a soma das forças externas sobre o sistema deve ser nula. ( ) Certo ( ) Errado (Prf 2013) Considerando que um veículo com massa igual a 1.000 kg se mova em li nha reta com velocidade constante e igual a 72 km/h, e considerando, ainda, que a aceleração da gravidade seja igual a 10 m/ s², julgue os itens a seguir. 66. Quando o freio for acionado, para que o ve- ículo pare, a sua energia cinética e o tra- ba- lho da força de atrito, em módulo, deve rão ser iguais. ( ) Certo ( ) Errado 67. Antes de iniciar o processo de frenagem, a energia mecânica do veículo era igual a 200.000 J. ( ) Certo ( ) Errado 60 concurseiro.vip Uma bala de revólver de massa igual a 10g foi disparada, com velocidade v, na direção de um bloco de massa igual a 4 kg, suspen- so por um fio, conforme ilustrado na figura acima. A bala ficou encravada no bloco e o conjunto subiu até uma altura h igual a 30 cm. Considerando essas informações e assu- mindo que a aceleração da gravidade seja igual a 10 m/s², julgue o item abaixo. 68. Se toda a energia cinética que o conjunto adquiriu imediatamente após a colisão fos- se transformada em energia potencial, a velocidade do conjunto após a colisão e a velocidade com que a bala foi disparada se- riam, respectivamente, superiores a 2,0 m/s e a 960 m/s. ( ) Certo ( ) Errado Gabarito: 1. E 2. C 3. E 4. C 5. E 6. E 7. C 8. C 9. E 10. E 11. E 12. E 13. C 14. C 15. E 16. E 17. E 18. C 19. E 20. E 21. C 22. C 23. E 24. E 25. C 26. C 27. C 28. C 29. C 30. E 31. E 32. C 33. C 34. C 35. C 36. E 37. C 38. E 39. E 40. C 41. E 42. C 43. C 44. E 45. E 46. E 47. C 48. C 49. E 50. E 51. C 52. E 53. E 54. C 55. E 56. C 57. C 58. C 59. C 60. E 61. E 62. E 63. C 64. C 65. C 66. C 67. C 68. C
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