Prova de Física

Leis de Newton e Forças  |  Questões discursivas  |  Física I — Mecânica

Instruções

  1. Toda questão exige desenvolvimento completo. Resposta solta, sem as contas e sem o raciocínio que levou até ela, não recebe a pontuação do item.
  2. 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.
  3. É proibido o uso de calculadora, celular, relógio inteligente ou qualquer outro dispositivo eletrônico. Todas as contas fecham em números simples.
  4. Use caneta esferográfica preta ou azul. Diagramas podem ser feitos a lápis.
  5. Nos itens que pedem representação das forças, nomeie cada vetor (peso, normal, tração, atrito) e desenhe-o aplicado no corpo a que se refere.
  6. A prova tem 7 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  ·  fios e polias ideais  ·  resistência do ar desprezada.

Questão 1 As três leis e o diagrama de forças (1,5)

As três leis de Newton tratam de situações diferentes, e trocá-las de lugar é o erro mais frequente em dinâmica. Responda aos itens a seguir.

a) Enuncie a primeira lei de Newton com suas próprias palavras e descreva uma situação do cotidiano em que ela se manifesta. (0,5)
b) Um livro está em repouso sobre uma mesa horizontal. Identifique todas as forças que agem sobre o livro e, para cada uma delas, indique qual é a sua reação, dizendo sobre que corpo essa reação age. (0,5)
c) O caixote da figura é empurrado pela força horizontal F e desliza sobre o piso com velocidade constante. Redesenhe o caixote no quadro abaixo, represente todas as forças que agem sobre ele, nomeando cada uma, e escreva a relação entre os módulos dessas forças. (0,5)

Questão 2 Segunda lei de Newton (1,5)

Um carrinho de 4 kg desliza sobre um piso horizontal sem atrito. Sobre ele agem as duas forças horizontais mostradas na figura.

a) Determine o módulo e o sentido da força resultante sobre o carrinho. (0,5)
b) Determine o módulo da aceleração do carrinho. (0,5)
c) O carrinho parte do repouso. Determine o módulo da sua velocidade depois de 6 s, supondo que as duas forças continuem agindo. (0,5)

Questão 3 Peso e força normal (1,5)

Um caixote de 20 kg está em repouso sobre um piso horizontal.

a) Determine o módulo do peso do caixote e o módulo da força normal que o piso exerce sobre ele, com o caixote apenas apoiado. (0,5)
b) Uma pessoa passa a empurrar o caixote com a força vertical F de 50 N, de cima para baixo, como mostra a figura. Determine o novo módulo da força normal. (0,5)
c) Agora a força de 50 N passa a ser aplicada verticalmente para cima, puxando o caixote. Determine a nova força normal e, em seguida, o menor valor dessa força vertical capaz de fazer o caixote perder o contato com o piso. (0,5)

Questão 4 Plano inclinado, com e sem atrito (1,5)

Um bloco de 5 kg é abandonado sobre a rampa da figura, que faz 37° com a horizontal. Use sen 37° = 0,6 e cos 37° = 0,8.

a) Considerando a rampa sem atrito, represente no quadro abaixo as forças que agem sobre o bloco, decomponha o peso nas direções paralela e perpendicular à rampa e indique o valor de cada componente. (0,5)
b) Ainda sem atrito, determine o módulo da aceleração com que o bloco desce. (0,5)
c) Suponha agora que entre o bloco e a rampa haja atrito, com coeficiente cinético igual a 0,50. Determine o novo módulo da aceleração de descida. (0,5)

Questão 5 Blocos sobrepostos: o atrito como motor (1,5)

O bloco B, de 3 kg, está apoiado sobre o bloco A, de 7 kg, como mostra a figura. O bloco A repousa num piso horizontal sem atrito, e entre A e B o coeficiente de atrito estático vale 0,40. A força horizontal F é aplicada ao bloco A, o de baixo, e os dois se movem juntos.

a) Nenhuma força horizontal é aplicada diretamente a B. Explique qual força o põe em movimento e indique o seu sentido. (0,5)
b) Para F = 20 N, determine o módulo da aceleração do conjunto e o módulo da força de atrito que age sobre B. (0,5)
c) Determine o maior valor de F para que B seja arrastado junto, sem deslizar sobre A. (0,5)

Questão 6 Blocos ligados por fio e polia (1,5)

O bloco A, de 4 kg, está sobre uma mesa horizontal e ligado por um fio ideal que passa por uma polia presa à borda da mesa e sustenta o bloco B, de 6 kg, pendurado. O coeficiente de atrito cinético entre A e a mesa vale 0,25. O conjunto é solto do repouso.

a) No quadro abaixo, faça dois desenhos separados e represente todas as forças que agem sobre o bloco A e todas as que agem sobre o bloco B, nomeando cada uma. (0,5)
b) Determine o módulo da aceleração do conjunto. (0,5)
c) Determine o módulo da tração no fio. (0,5)

Questão 7 Elevador (1,0)

Uma pessoa de 50 kg está em pé sobre uma balança, dentro do elevador da figura. A balança indica o módulo da força normal que ela exerce sobre a pessoa.

a) Determine a indicação da balança, em newtons, em três situações: com o elevador subindo em velocidade constante de 3 m/s; com o elevador subindo com aceleração de 2 m/s² dirigida para cima; e com o elevador descendo com aceleração de 2 m/s² dirigida para baixo. (0,5)
b) Existe alguma situação em que a balança indicaria zero? Descreva-a e justifique com a segunda lei de Newton. (0,5)