Leis de Newton e Forças | Questões discursivas | Física I — Mecânica
Instruções
Toda questão exige desenvolvimento completo. Resposta solta, sem as
contas e sem o raciocínio que levou até ela, não recebe a pontuação do item.
O desenvolvimento e a resposta final pontuam separadamente: um
desenvolvimento correto que termine em erro de conta ainda vale parte dos pontos, e
uma resposta certa sem desenvolvimento, não.
É proibido o uso de calculadora, celular, relógio inteligente ou
qualquer outro dispositivo eletrônico. Todas as contas fecham em números simples.
Use caneta esferográfica preta ou azul. Diagramas podem ser feitos a lápis.
Nos itens que pedem representação das forças, nomeie cada vetor
(peso, normal, tração, atrito) e desenhe-o aplicado no corpo a que se refere.
A prova tem 5 questões e 20 itens, cada item
valendo 0,5, num total de 10,0.
Dados: g = 10 m/s² ·
sen 37° = 0,6 · cos 37° = 0,8 ·
sen 53° = 0,8 · cos 53° = 0,6 ·
fios, cabos e polias ideais · resistência do ar desprezada.
Questão 1As leis de Newton na prática(1,5)
Os itens a seguir tratam de situações em que a intuição costuma discordar da Física. Em cada um, responda e justifique.
a)Um skatista parado encosta as mãos na parede do ginásio, empurra a parede e sai deslizando para trás. Qual força o põe em movimento, sobre que corpo ela age e quais leis de Newton explicam isso?
(0,5)
b)Um paraquedista salta. No início da queda a sua velocidade aumenta, até que, em certo instante, ele passa a cair com velocidade constante. Identifique as forças que agem sobre ele nesse segundo momento, compare os módulos dessas forças e justifique a sua resposta com as leis de Newton.
(0,5)
c)Um estudante dá um empurrão no estojo sobre a carteira e solta. O estojo desliza um pouco e para. Um colega conclui: “ele parou porque a força acabou”. Corrija a afirmação, dizendo o que de fato faz o estojo parar.
(0,5)
Questão 2Força inclinada, sem atrito(2,5)
Um engradado de 20 kg, inicialmente em repouso, é puxado sobre um piso horizontal sem atrito por uma corda que forma 53° acima da horizontal, com força de 100 N, como mostra a figura.
a)Decomponha a força da corda nas direções horizontal e vertical, indicando o valor de cada componente.
(0,5)
b)Determine o módulo da força normal que o piso exerce sobre o engradado.
(0,5)
c)Determine o módulo da aceleração do engradado.
(0,5)
d)Determine o módulo da velocidade do engradado depois de 4 s.
(0,5)
e)Determine a distância percorrida pelo engradado nesses mesmos 4 s.
(0,5)
Questão 3Bloco lançado rampa acima(2,0)
Um bloco de 5 kg é lançado para cima ao longo de uma rampa de 37°, com velocidade inicial de 16 m/s. O coeficiente de atrito cinético entre o bloco e a rampa vale 0,25.
a)Represente no quadro abaixo todas as forças que agem sobre o bloco enquanto ele sobe, nomeando cada uma. Preste atenção ao sentido da força de atrito.
(0,5)
b)Determine o módulo da força de atrito sobre o bloco.
(0,5)
c)Determine o módulo da desaceleração do bloco durante a subida.
(0,5)
d)Determine quanto tempo o bloco leva para parar.
(0,5)
Questão 4Máquina de Atwood(2,0)
Os blocos A, de 7 kg, e B, de 3 kg, estão ligados por um fio ideal que passa por uma polia ideal presa ao teto, como mostra a figura. O sistema é abandonado do repouso.
a)Faça dois desenhos separados e represente as forças que agem sobre o bloco A e as que agem sobre o bloco B, nomeando cada uma.
(0,5)
b)Determine o módulo da aceleração do sistema.
(0,5)
c)Determine o módulo da tração no fio.
(0,5)
d)Explique, aplicando a segunda lei a cada bloco, por que a tração no fio não pode ser igual ao peso de A nem ao peso de B.
(0,5)
Questão 5Caminhão rebocando um carro(2,0)
Um caminhão de 2000 kg reboca, por um cabo ideal, um carro quebrado de 1000 kg, numa estrada horizontal. O motor aplica ao caminhão uma força de 6000 N no sentido do movimento, e o conjunto parte do repouso. Despreze o atrito.
a)Determine o módulo da aceleração do conjunto.
(0,5)
b)Determine o módulo da tração no cabo.
(0,5)
c)Se o carro rebocado tivesse 2000 kg em vez de 1000 kg, a tração no cabo seria maior ou menor? Justifique apresentando o novo valor.
(0,5)
d)Suponha que o cabo se rompa no instante em que o conjunto está a 10 m/s. Descreva o que acontece com o movimento do caminhão e com o do carro, justificando cada um.
(0,5)