Estratégias para Solução de Problemas de Física

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AULA ATIVIDADE ALUNO 
 
 
Engenharia 
 
 
 
 
AULA 
ATIVIDADE 
ALUNO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Curso: 
Matemática 
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Engenharia 
Disciplina: FÍSICA GERAL E EXPERIMENTAL: ENERGIA 
Teleaula: 02 – Dinâmica do Movimento de Rotação 
ESTRATÉGIA PARA A SOLUÇÃO DE PROBLEMAS DE FÍSICA 
(1) IDENTIFICAR OS CONCEITOS RELEVANTES: Primeiro, defina quais conceitos de Física são 
relevantes ao problema. Embora esta etapa envolva nenhum cálculo, às vezes, é a parte mais 
desafiadora da solução do problema. Mas não pule esse passo; escolher a abordagem errada no 
começo pode tornar o problema mais difícil do que realmente é, ou até induzir a uma resposta 
errada. 
Neste ponto você deve também identificar a variável-alvo do problema – ou seja, a grandeza cujo 
valor se está tentando descobrir. Pode ser a velocidade em que um projétil atinge o solo, a 
intensidade do som de uma sirene ou a dimensão da imagem produzida por uma lupa. Algumas vezes, 
o objetivo é encontrar uma fórmula matemática em vez de um valor numérico. Outras vezes, 
também, o problema terá mais de uma variável-alvo. A variável-alvo é o objetivo do processo de 
solução do problema; não a perca de vista enquanto busca a solução. 
(2) PREPARAR O PROBLEMA: Com base nos conceitos selecionados na etapa de Identificação, 
escolha as equações que usará para resolver o problema e defina como vai usá-las. Se for o caso, 
represente graficamente a situação descrita no problema. 
(3) EXECUTAR A SOLUÇÃO: Nesse passo, ‘entra a matemática’. Antes de se empolgar com os cálculos, 
faça uma lista de todas as grandezas conhecidas e desconhecidas e observe quais são variáveis-alvo. 
Então resolva as equações para as desconhecidas. 
(4) AVALIAR SUA RESPOSTA: O objetivo da solução de problemas de Física não é só obter um número 
ou uma fórmula; é obter uma melhor compreensão. Isso significa que você deve examinar sua 
resposta para saber o que ela está dizendo. Não deixe de se perguntar: “Essa resposta faz sentido?” 
Se a sua variável-alvo era o raio da Terra e sua resposta foi 6,38 centímetros, algo deu errado no seu 
processo de solução do problema. Reavalie o problema e corrija sua solução conforme necessário. 
 
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SIMULAÇÕES DE FENÔMENOS FÍSICOS 
Fundado em 2002 pelo Prêmio Nobel Carl Wieman, o projeto PhET Simulações Interativas da 
Universidade de Colorado Boulder cria simulações interativas gratuitas de matemática e ciências. As 
sims PhET baseiam-se em extensa pesquisa em educação e envolvem os alunos através de um 
ambiente intuitivo, estilo jogo, onde os alunos aprendem através da exploração e da descoberta. 
Acesse o portal: 
 
Disponível em: https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulations/category/physics. 
REFERÊNCIA 
JEWETT, John W., SERWAY, Raymond A. Física para cientistas e engenheiros, vol 1. SP: Cengage 
Learning, 2017 
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Questão 1: 
Ordene em sequência decrescente os módulos dos cinco torques 𝜏 a 𝜏 . Todas as hastes têm o 
mesmo tamanho e podem girar em torno de um eixo de rotação localizado na extremidade 
esquerda. 
 
Fonte: https://cutt.ly/sgaTtOa 
Questão 2: 
Uma força de �⃗� = (2,00 𝚤̂ + 3,00 𝚥̂) 𝑁 é aplicada a um corpo que é girado alinhado ao longo do 
eixo coordenado 𝑧. A força é aplicada em um ponto localizado em 𝑟 = (4,00 𝚤̂ + 5,00 𝚥̂) 𝑚. 
Encontre o torque 𝜏 aplicado ao corpo. 
Questão 3: 
Ordene em sequência decrescente as acelerações angulares 𝛼 a 𝛼 . 
 
Fonte: https://cutt.ly/wgaTElW 
Questão 4: 
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Imagine uma bola de boliche girando no piso liso de uma pista. Essa bola de boliche gira em torno 
do eixo 𝑧 na direção mostrada a figura. Ela tem um momento angular �⃗� na direção 𝑧 positiva. Se a 
direção de rotação é invertida, então, �⃗� aponta na direção 𝑧 negativa. 
Estime o módulo do momento angular de uma bola de boliche girando a 10 rev/s, como mostra a 
figura. Considere a bola uma esfera sólida uniforme de 7,0 kg de massa e 12 cm de raio. 
 
Fonte: https://bit.ly/3cMo976. 
Dado: 𝐼 = 2𝑀𝑅 /5 
Questão 5: 
Um pai de massa 𝑚 e sua filha de massa 𝑚 estão sentados em extremidades opostas de uma 
gangorra a distâncias iguais do pino no centro. 
 
Fonte: https://bit.ly/3bBHFmB. 
A gangorra é considerada uma haste rígida de massa 𝑀 e comprimento ℓ, e é articulada sem atrito. 
Em determinado instante, a combinação gira no plano vertical com uma velocidade angular 𝜔. 
(a) Encontre uma expressão para o módulo do momento angular do sistema. 
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(b) Encontre uma expressão para o módulo da aceleração angular do sistema quando a gangorra 
forma um angulo 𝜃 com a horizontal. 
Ignore qualquer movimento de braços ou pernas do pai e da filha e considere ambos partículas. O 
sistema é, portanto, considerado um corpo rígido. 
Dado: 𝐼 = 𝑀ℓ /12. 
Questão 6: 
Uma estrela gira por um período de 30 dias em torno de um eixo que passa por seu centro. O 
período é o intervalo de tempo necessário para um ponto no equador da estrela efetuar uma volta 
completa em torno do eixo de rotação. Depois que a estrela sofre uma explosão de supernova, o 
núcleo estelar, que tinha um raio de 1,0 x 104 km, sofre colapso em uma estrela de nêutron de raio 
3,0 km. Determine o período de rotação da estrela de nêutron. 
A variação no movimento da estrela de nêutron é semelhante ao do patinador. Considere que, 
durante o colapso do núcleo estelar, nenhum torque externo age sobre a estrela, ela permanece 
esférica com a mesma distribuição de massa relativa e sua massa permanece constante. 
Categorizamos a estrela como um sistema isolado em termos de momento angular. 
Dado: 𝐼 = 2𝑀𝑅 /5. 
Questão 7: 
Uma escada uniforme de comprimento ℓ está encostada em uma parede vertical lisa. A massa da 
escada é 𝑚, e o coeficiente de atrito estático entre a escada e o chão é 𝜇 = 0,40. Encontre o 
ângulo mínimo 𝜃 em que a escada não escorrega. 
 
Fonte: https://bit.ly/2Vy4fXz. 
Questão 8: 
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Luciene (de 50 kg) e André (de 90 kg) divertem-se sobre uma tábua rígida de 100 kg em repouso 
sobre os suportes vistos na figura. Se Luciene ficar parada, em pé́, na extremidade esquerda, André 
poderá́ caminhar até ́a extremidade direita sem que a tábua gire para baixo? Em caso negativo, que 
distância ele poderá ́caminhar além do suporte da direita sem que isso aconteça? 
 Fonte: https://cutt.ly/7gaYycJ 
Trate Luciene e André como partículas. Considere que a tábua seja homogênea, com o centro de 
massa localizado no centro geométrico da mesma.