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Mecânica

Colégio Objetivo
Um pêndulo simples oscila com uma amplitude máxima de 60º em relação à vertical, momento em que a tensão no cabo é de 10 N. Assinale a opção com o valor da tensão no ponto em que ele atinge sua velocidade máxima.

A. ( ) 10 N
B. ( ) 20 N
C. ( ) 30 N
D. ( ) 40 N
E. ( ) 50 N
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Estudando com Questões

há 2 anos

Respostas

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há 2 anos

A resposta correta é a alternativa C) 30 N. A tensão no cabo do pêndulo simples é dada pela fórmula T = m*g*cos(θ), onde T é a tensão, m é a massa do objeto, g é a aceleração da gravidade e θ é o ângulo formado entre o cabo e a vertical. No ponto mais baixo da trajetória, onde a amplitude é máxima, a tensão é igual ao peso do objeto, ou seja, T = m*g. Sabendo que a tensão nesse ponto é de 10 N, podemos calcular a massa do objeto: 10 = m * 9,81 m = 1,02 kg Para calcular a tensão no ponto em que o pêndulo atinge sua velocidade máxima, precisamos usar a energia mecânica do sistema. A energia mecânica é dada pela soma da energia cinética e da energia potencial: E = K + U No ponto mais alto da trajetória, onde a velocidade é zero, toda a energia é potencial gravitacional. No ponto mais baixo, onde a velocidade é máxima, toda a energia é cinética. Portanto, podemos escrever: E1 = U1 E2 = K2 No ponto mais alto, a energia potencial é dada por: U1 = m*g*h Onde h é a altura em relação ao ponto mais baixo da trajetória. Como a amplitude é de 60º, a altura máxima é h = L*(1-cos(60º)), onde L é o comprimento do cabo. Como se trata de um pêndulo simples, L é igual ao comprimento do fio. Portanto: h = L*(1-cos(60º)) = L*(1-0,5) = 0,5*L Substituindo na equação da energia potencial: U1 = m*g*h = m*g*0,5*L No ponto mais baixo, a energia cinética é dada por: K2 = (1/2)*m*v^2 Onde v é a velocidade do objeto. Sabemos que a energia mecânica é conservada, ou seja: E1 = E2 U1 = K2 Substituindo as expressões para U1 e K2: m*g*0,5*L = (1/2)*m*v^2 Simplificando: v^2 = g*L A velocidade máxima é atingida quando toda a energia potencial é convertida em energia cinética, ou seja, quando a altura é mínima. Nesse ponto, a tensão no cabo é dada pela soma do peso do objeto com a força centrípeta: T = m*g + m*v^2/L Substituindo os valores: T = 1,02*9,81 + 1,02*(9,81*L)/L T = 10 + 10*sqrt(3) T = 10 + 17,32 T = 27,32 N Portanto, a alternativa correta é a C) 30 N.

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1 (ITA-08). Na figura, um bloco sobe um plano inclinado, com velocidade inicial V0. Considere μ o coeficiente de atrito entre o bloco e a superfície. Indique a sua velocidade na descida ao passar pela posição inicial.

A.( ) 0 sen θ - cos θ μ V
B. ( ) 0 sen θ + cos θ μ V
C. ( ) 0 sen θ + cos θ μ V
D. ( ) 0 sen θ - cos θ μ V
E. ( ) 0 sen θ - cos θ μ V

2 (ITA-09). Dentro de um elevador em queda livre num campo gravitacional g, uma bola é jogada para baixo com velocidade v de uma altura h. Assinale o tempo previsto para a bola atingir o piso do elevador.

A. ( ) t v / g =
B. ( ) t h / v =
C. ( ) t 2h / g =
D. ( ) (2t v - 2gh v) / g = + -
E. ( ) (2t v - 2gh v) / g = - -

3 (ITA-09). Considere um pêndulo simples de comprimento L e massa m abandonado da horizontal. Então, para que não arrebente, o fio do pêndulo deve ter uma resistência à tração pelo menos igual a

A. ( ) mg.
B. ( ) 2mg.
C. ( ) 3mg.
D. ( ) 4mg.
E. ( ) 5mg.

5 (ITA-11). Sobre uma mesa sem atrito, uma bola de massa M é presa por duas molas alinhadas, de constante de mola k e comprimento natural 0 , fixadas nas extremidades da mesa. Então, a bola é deslocada a uma distância x na direção perpendicular à linha inicial das molas, como mostra a figura, sendo solta a seguir. Obtenha a aceleração da bola, usando a aproximação (1 + α) ≈ 1 + α.

A. ( ) a kx / M = -
B. ( ) 2 0a = –kx / 2M
C. ( ) 2 0a kx / M = -
D. ( ) 3 2 0a kx / 2M = -
E. ( ) 3 2 0a kx / M = -

6 (ITA-11). Um corpo de massa M, inicialmente em repouso, é erguido por uma corda de massa desprezível até uma altura H, onde fica novamente em repouso. Considere que a maior tração que a corda pode suportar tenha módulo igual a nMg, em que n 1 > . Qual deve ser o menor tempo possível para ser feito o erguimento desse corpo?

A. ( ) (2H / (n - 1)g)
B. ( ) (2nH / (n - 1)g)
C. ( ) (2nH / (2n - 1)g)
D. ( ) (4nH / (n^2 - 1)g)
E. ( ) (4nH / (n - 1)g)

7 (ITA-12). Um elevador sobe verticalmente com aceleração constante e igual a a. No seu teto está preso um conjunto de dois sistemas massa-mola acoplados em série, conforme a figura. O primeiro tem massa 1m e constante de mola 1k, e o segundo, massa 2m e constante de mola 2k. Ambas as molas têm o mesmo comprimento natural (sem deformação) . Na condição de equilíbrio estático relativo ao elevador, a deformação da mola de constante 1k é y, e a da outra, x. Pode-se então afirmar que (y - x) é

A. ( ) (2k1m - k2m + g a) / k1k2.
B. ( ) (2k1m - k2m + g a) / k1k2.
C. ( ) (2k1m - k2m + g a) / k1k2.
D. ( ) (2k1m - k2m + g a) / k1k2.
E. ( ) (2k1m - k2m + g a) / k1k2.

8 (ITA-12). Um funil que gira com velocidade angular uniforme em torno do seu eixo vertical de simetria apresenta uma superfície cônica que forma um ângulo θ com a horizontal, conforme a figura. Sobre esta superfície, uma pequena esfera gira com a mesma velocidade angular mantendo-se a uma distância d do eixo de rotação. Nessas condições, o período de rotação do funil é dado por

A. ( ) 2 d / gsen .π θ
B. ( ) 2 d / gcos .π θ
C. ( ) 2 d/ gtan .π θ
D. ( ) 2 2d / gsen2 .π θ
E. ( ) 2 dcos / gtan .π θ θ

9 (ITA-12). No interior de um carrinho de massa M mantido em repouso, uma mola de constante elástica k encontra-se comprimida de uma distância x, tendo uma extremidade presa e a outra conectada a um bloco de massa m, conforme a figura. Sendo o sistema então abandonado e considerando que não há atrito, pode-se afirmar que o valor inicial da aceleração do bloco relativa ao carrinho é

A. ( ) kx / m
B. ( ) kx / M
C. ( ) (kx / m M) +
D. ( ) (kx M m / mM) -
E. ( ) (kx M m / mM) +

Um corpo de 80 kg desliza nessa rampa a partir do repouso, nela percorrendo 15 m até alcançar o piso. No final desse percurso, e desconsiderando qualquer tipo de atrito, a velocidade da rampa em relação ao piso é de aproximadamente

A. ( ) 1 m/s.
B. ( ) 3 m/s.
C. ( ) 5 m/s.
D. ( ) 2 m/s.
E. ( ) 4 m/s.

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