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8. (Cesgranrio) Na figura a seguir, uma esfera rígida se encontra em equilíbrio, apoiada em uma parede vertical e presa por um fio ideal e inextensível. Sendo P o peso da esfera e 2P a força máxima que o fio suporta antes de arrebentar, o ângulo formado entre a parede e o fio é de: a) 30° b) 45° c) 60° d) 70° e) 80°

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Aprendendo Através de Exercícios

há 2 anos

Respostas

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há 4 meses

Para resolver essa questão, precisamos analisar as forças que atuam na esfera e como elas se equilibram. 1. Identificação das forças: Temos o peso da esfera (P) atuando para baixo e a tensão no fio (T) que forma um ângulo θ com a parede. A força de reação da parede também atua na esfera, mas não precisamos dela diretamente para encontrar o ângulo. 2. Condições de equilíbrio: A esfera está em equilíbrio, então a soma das forças na vertical e na horizontal deve ser zero. 3. Forças verticais: A única força vertical é o peso (P) e a componente vertical da tensão (T) que é T * sen(θ). Portanto, temos: \[ T \cdot \sin(θ) = P \] 4. Forças horizontais: A força horizontal é a componente da tensão (T) que é T * cos(θ) e deve equilibrar a força de reação da parede. Como não temos a força de reação, não precisamos dela para encontrar o ângulo. 5. Limite da tensão: O problema nos diz que a força máxima que o fio suporta é 2P. Portanto, quando a tensão atinge esse limite, temos: \[ T = 2P \] 6. Substituindo na equação vertical: \[ 2P \cdot \sin(θ) = P \] Dividindo ambos os lados por P (considerando P ≠ 0): \[ 2 \cdot \sin(θ) = 1 \] \[ \sin(θ) = \frac{1}{2} \] 7. Encontrando o ângulo: O ângulo cujo seno é 1/2 é 30°. Portanto, a alternativa correta é: a) 30°.

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há 2 anos

Para resolver esse problema, podemos utilizar o conceito de equilíbrio de forças. Sabemos que a esfera está em equilíbrio, portanto, a soma das forças que atuam sobre ela deve ser igual a zero. Considerando que a esfera está presa por um fio ideal e inextensível, a força de tração exercida pelo fio é igual à força peso da esfera (P). Além disso, temos a força normal exercida pela parede sobre a esfera, que é perpendicular à parede. Assim, podemos decompor a força peso em duas componentes: uma na direção do fio (P cosθ) e outra perpendicular a ele (P senθ), onde θ é o ângulo formado entre a parede e o fio. Como a esfera está em equilíbrio, a soma das forças na direção perpendicular ao fio deve ser igual a zero. Portanto, temos: P senθ + N = 0 onde N é a força normal exercida pela parede sobre a esfera. Já na direção do fio, a soma das forças deve ser igual a zero quando o fio está no limite de sua resistência. Portanto, temos: P cosθ - T = 0 onde T é a força de tração exercida pelo fio. Sabemos que a força máxima que o fio suporta é 2P, portanto, temos: T = 2P Substituindo T e N nas equações acima, temos: P cosθ - 2P = 0 P senθ + N = 0 Resolvendo a primeira equação, temos: cosθ = 2/3 θ = arccos(2/3) θ ≈ 48,19° Portanto, a alternativa correta é a letra B) 45°.

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