Apostila de Fisica-Aprofundamento Fc3adsica 2010

75
Ex ercícios S el eciona dos de Fís ica 1 E E X X E E R R C C Í Í C C I I O O S S  S S E E L L E E C C I I O O N N A A D D O O S S  D D E E  F F Í Í S S I I C C A A  SA A NDR R O  FE R RNANDES  2 2010  C O OP P Y  Y R R I G GH T T @ @2010     T T ODOS S  O OS  DIR R EIT T O O S  R E S SE E R V V A A DO O  P P R O O IBID O O  A A  R E P P R R O ODUÇ Ç Ã ÃO  

Transcript of Apostila de Fisica-Aprofundamento Fc3adsica 2010

  • Exerccios Selecionados de Fsica 1

    EEXXEERRCCCCIIOOSS

    SSEELLEECCIIOONNAADDOOSS

    DDEE

    FFSSIICCAA

    SS AANN DD RR OO FF EE RR NN AANN DD EE SS

    22 00 11 00

    CC OO PP YY RR II GG HH TT @@ 22 00 11 00 TT OO DD OO SS OO SS DD II RR EE II TT OO SS RR EE SS EE RR VV AA DD OO

    PP RR OO II BB II DD OO AA RR EE PP RR OO DD UU OO

  • Exerccios Selecionados de Fsica 2

    NN DD II CC EE

    CAPTULO ASSUNTO PGINA I INTRODUO 3

    II CINEMTICA ESCALAR I 4

    III CINEMTICA ESCALAR II 6

    IV LANAMENTO VERTICAL 7

    V CINEMTICA ANGULAR 8

    VI CINEMTICA VETORIAL 10

    VII LANAMENTO OBLQUO 12

    VIII LEIS DE NEWTON 14

    IX TRABALHO E ENERGIA 19

    X FORA EM TRAJETRIA CIRCULAR 22

    XI ESTTICA 25

    XII IMPULSO E QUANTIDADE DE MOVIMENTO 27

    XIII GRAVITAO 29

    XIV HIDROSTTICA 31

    XV TERMOMETRIA E DILATAO 34

    XVI CALORIMETRIA 36

    XVII GASES 38

    XVIII TERMODINMICA 40

    XIX INTRODUO PTICA 42

    XX ESPELHOS ESFRICOS 43

    XXI REFRAO 45

    XXII LENTES 47

    XXIII ONDULATRIA 49

    XXIV ONDAS ESTACIONRIAS 51

    XXV ELETRIZAO E COULOMB 52

    XXVI CAMPO ELTRICO 54

    XXVII POTENCIAL ELTRICO 56

    XXVIII LEIS DE OHM 58

    XXIX CIRCUITOS 60

    XXX POTNCIA ELTRICA 62

    XXXI GERADORES 63

    XXXII CAPACITORES 65

    XXXIII MOV. DE CARGAS EM CAMPOS MAGNTICOS 66

    GABARITOS 69

  • Exerccios Selecionados de Fsica 3

    CC AA PP TT UU LL OO II

    II NN TT RR OO DD UU OO 1) A velocidade das ondas numa praia pode depender de alguns dos seguintes parmetros: a acelerao da gravidade g, a altura da gua H, e a densidade da gua d. a) Na crista da onda a velocidade maior ou menor que na base? Por qu? b) Fazendo anlise dimensional, observa-se que a velocidade da onda no depende de um dos 3 parmetros citados. Que parmetro esse? Qual a expresso da velocidade em termos dos 2 parmetros restantes. 2) A densidade mdia da Terra de 5,5g/cm

    3. Como ela

    deve ser expressa em unidades do Sistema Internacional? 3) Alguns experimentos realizados por virologistas demonstram que um bacterifago (vrus que parasita e se multiplica no interior de uma bactria) capaz de formar 100 novos vrus em apenas 30 minutos. Se introduzirmos 1000 bacterifagos em uma colnia suficientemente grande de bactrias, qual a ordem de grandeza do nmero de vrus existentes aps 2 horas? 4) O sistema solar tem 4,5 x 10

    9 anos de idade. Os

    primeiros homindeos surgiram na Terra h cerca de 4,5 milhes de anos. Imagine uma escala em que o tempo transcorrido entre o surgimento do sistema solar e a poca atual corresponda a um ano de 365 dias. De acordo com tal escala, h quantas horas os homindeos surgiram na Terra? Aproxime sua resposta para um nmero inteiro apropriado. 5) Marque a opo na qual indicada uma relao entre grandezas fsicas que no pode ser linear: a) presso e temperatura, na transformao isovolumtrica de um gs ideal. b) fora de atrao gravitacional entre dois corpos e produto de suas massas, mantida constante a distncia entre eles c) fora resultante e acelerao, para um corpo em movimento d) resistncia eltrica e corrente em um reostato sob tenso constante e) quadrado da velocidade escalar e espao percorrido, para o movimento de um corpo em queda livre a partir do repouso. 6) Um cientista verificou que, a cada acrscimo de trs unidades de uma certa grandeza X, correspondia o decrscimo de duas unidades de uma outra grandeza Y. Sobre tais grandezas X e Y so corretas as afirmaes a seguir, EXCETO: a) A multiplicao de cada valor de X pelo valor de Y que lhe corresponde sempre constante. b) A soma de cada valor de X pelo valor de Y que lhe corresponde no constante. c) Y varia linearmente com X. d) O grfico Y X uma reta. e) A expresso Y = aX + b, com a e b assumindo valores adequados, serve para representar a relao entre Y e X. 7) Os valores de x, y e n para que a equao:

    (fora)x (massa)

    y = (volume) (energia)

    n

    seja dimensionalmente correta, so, respectivamente: a) (-3, 0, 3). b) (-3, 0, -3). c) (3, -1, -3). d) (1, 2, -1). 8) O acelerador de ons pesados relativsticos de Brookhaven (Estados Unidos) foi inaugurado com a coliso entre dois ncleos de ouro, liberando uma energia de 10 trilhes de eltrons-volt. Os cientistas esperam, em breve, elevar a energia a 40 trilhes de eltrons-volt, para simular as condies do Universo durante os primeiros microssegundos aps o "Big Bang."

    ("Cincia Hoje", setembro de 2000) Sabendo que 1 eltron-volt igual a 1,6 10

    -19 joules, a

    ordem de grandeza da energia, em joules, que se espera atingir em breve, com o acelerador de Brookhaven, : a) 10

    -7

    b) 10-8

    c) 10-6

    d) 10-5

    9) Num determinado processo fsico, a quantidade de calor Q transferida por conveco dada por

    Q = h . A . T . t onde h uma constante, Q expresso em joules (J), A em metros quadrados (m

    2), T em kelvins (K) e t em

    segundos (s), que so unidades do Sistema Internacional (SI). a) Expresse a unidade da grandeza h em termos de unidades do SI que aparecem no enunciado. b) Expresse a unidade de h usando apenas as unidades kg, s e K, que pertencem ao conjunto das unidades de base do SI. 10) Considere duas vasilhas, ambas na forma de cilindro reto: A e B. A altura e o raio de B so maiores que as correspondentes dimenses de A por um fator 2. Responda as questes abaixo sem apelar para as frmulas de permetro, reas e volumes de quaisquer objetos particulares. a) Quantas vezes a circunferncia da base da vasilha B, CB maior que CA, a circunferncia da base da vasilha A? b) Quantas vezes a rea da base da vasilha B, SB, maior que SA, a rea da vasilha A? c) Se A contm 25 litros de gua quando est cheia at a borda, quantos litros de gua conter a vasilha B, quando igualmente cheia?

  • Exerccios Selecionados de Fsica 4

    PARA PENSAR UM POUCO MAIS...

    11) Um vertedouro de uma represa tem uma forma triangular, conforme mostra a figura a seguir. Um tcnico quer determinar

    empiricamente o volume de gua por unidade de tempo que sai pelo vertedouro, isto , a vazo. Como a represa muito grande, a vazo no depende do tempo. Os parmetros relevantes so: h, a altura do nvel de gua medida a partir do vrtice do tringulo, e g, a acelerao da gravidade local. A partir dessas informaes, o tcnico escreve a seguinte frmula para a vazo Q:

    Q = ChX g

    Y

    onde C uma grandeza adimensional.

    Calcule os valores dos expoentes x e y para que Q tenha dimenso de vazo. 12) No filme "Armageddon", mostrado um asteride, em rota de coliso com a Terra. O dimetro desse asteride mede cerca de 1000 km, mas, de acordo com vrios astrnomos, os maiores asterides com alguma probabilidade de colidir com a Terra tm um dimetro de 10 km. So os chamados "exterminadores". Faa uma estimativa da razo entre as massas desses dois tipos de asterides.

    CC AA PP TT UU LL OO II II

    CC II NN EE MM TT II CC AA EE SS CC AA LL AA RR II 1) O esquema representa o instante inicial (t = 0s) da perseguio entre trs veculos A, B e C, que se deslocam com velocidades 50 m/s, 20 m/s e 60 m/s, respectivamente.

    Determine aps quanto tempo o veculo A se encontrar exatamente entre os veculos B e C, a meia distncia deles. 2) A distncia mdia entre o Sol e a Terra de cerca de 150 milhes de quilmetros. Assim, a velocidade mdia de translao da Terra em relao ao Sol , aproximadamente, de: a) 3 km/s b) 30 km/s c) 300 km/s d) 3000 km/s

    3) Alberto saiu de casa para o trabalho exatamente s 7h, desenvolvendo, com seu carro, uma velocidade constante de 54 km/h. Pedro, seu filho, percebe imediatamente que o pai esqueceu sua pasta com documentos e, aps 1min de hesitao, sai para encontr-lo, movendo-se tambm com velocidade constante. Excelente aluno em Fsica calcula que como saiu 1min aps o pai, demorar exatamente 3min para alcan-lo. Para que isso seja possvel, qual a velocidade escalar do carro de Pedro? 4) Em um trecho em declive, de 20 km de extenso, de uma estrada federal, a velocidade mxima permitida para veculos pesados de 70 km/h e para veculos leves de 80 km/h. Suponha que um caminho pesado e um automvel iniciem o trecho em declive simultaneamente e que mantenham velocidades iguais s mximas estabelecidas. Calcule a distncia entre os dois veculos no instante em que o automvel completa o trecho em declive. 5) A velocidade com que os nervos do brao transmitem impulsos eltricos pode ser medida, empregando-se eletrodos adequados, atravs da estimulao de diferentes pontos do brao e do registro das respostas a estes estmulos. O esquema I, adiante, ilustra uma forma de medir a velocidade de um impulso eltrico em um nervo motor, na qual o intervalo de tempo entre as respostas aos estmulos 1 e 2, aplicados simultaneamente, igual a 4 ms. O esquema II ilustra uma forma de medir a velocidade de um impulso eltrico em um nervo sensorial.

    (Adaptado de CAMERON, J. R. et alii. Physics of the Body.

    Madison: Medical Physics Publishing, 1999.) Determine a velocidade de propagao do impulso eltrico: a) no nervo motor, em km/h; b) no nervo sensorial, em m/s, entre os eletrodos 2 e 3.

  • Exerccios Selecionados de Fsica 5

    6) Dois trens, um de carga e outro de passageiros, movem-se nos mesmos trilhos retilneos, em sentidos opostos, um aproximando-se do outro, ambos com movimentos uniformes. O trem de carga, de 50 m de comprimento, tem uma velocidade de mdulo igual a 10 m/s e o de passageiros, uma velocidade de mdulo igual a v. O trem de carga deve entrar num desvio para que o de passageiros possa prosseguir viagem nos mesmos trilhos, como ilustra a figura. No instante focalizado, as distncias das dianteiras dos trens ao desvio valem 200 m e 400 m, respectivamente.

    Calcule o valor mximo de v para que no haja coliso. 7) Um caminho percorre trs vezes o mesmo trajeto. Na primeira, sua velocidade mdia de 15 m/s e o tempo de viagem t1. Na segunda, sua velocidade mdia de 20 m/s e o tempo de viagem t2. Se, na terceira, o tempo de viagem for igual a (t1 + t2)/2, qual ser a velocidade mdia do caminho nessa vez? 8) Mapas topogrficos da Terra so de grande importncia para as mais diferentes atividades, tais como navegao, desenvolvimento de pesquisas ou uso adequado do solo. Recentemente, a preocupao com o aquecimento global fez dos mapas topogrficos das geleiras o foco de ateno de ambientalistas e pesquisadores. O levantamento topogrfico pode ser feito com grande preciso utilizando os dados coletados por altmetros em satlites. O princpio simples e consiste em registrar o tempo decorrido entre o instante em que um pulso de laser emitido em direo superfcie da Terra e o instante em que ele retorna ao satlite, depois de refletido pela superfcie na Terra. Considere que o tempo decorrido entre a emisso e a recepo do pulso de laser, quando emitido sobre uma regio ao nvel do mar, seja de 18 10

    -4 s. Se a

    velocidade do laser for igual a 3 108 m/s, calcule a altura,

    em relao ao nvel do mar, de uma montanha de gelo sobre a qual um pulso de laser incide e retorna ao satlite aps 17,8 10

    -4 segundos.

    9) Duas partculas tm a mesma posio inicial e movimentam-se no mesmo sentido. No instante t0 a partcula A parte do repouso, com acelerao escalar constante e a partcula B se mantm em movimento uniforme. Veja o grfico da figura abaixo:

    a) Qual o instante de reencontro entre as partculas?

    b) Considere agora que a acelerao da partcula A seja de 4,0 m/s

    2, calcule a mxima distncia ocorrida entre as

    partculas, ao longo do movimento, desde a posio inicial at o reencontro.

    10) Uma partcula faz metade de um determinado trajeto com velocidade constante de mdulo V1 e a outra metade com velocidade de mdulo constante V2. Qual a velocidade mdia da partcula durante todo o trajeto?

    PARA PENSAR UM POUCO MAIS... 11) A figura representa a vista area de um trecho retilneo de ferrovia. Duas locomotivas a

    vapor, A e B, deslocam-se em sentidos opostos com velocidades constantes de 50,4 km/h e 72 km/h, respectivamente.

    Uma vez que AC corresponde ao rastro da fumaa do trem A, BC ao rastro da fumaa de B e que AC = BC, determine a velocidade do vento. Despreze a distncia entre os trilhos de A e B.

    12) Um empresrio trabalha num banco que fica nos arredores da cidade. Diariamente, ao chegar ltima estao ferroviria, um carro do banco transporta-o para o local de trabalho atravs de uma avenida reta (de mo dupla) que liga o banco estao ferroviria. Certa vez, o empresrio chegou estao 1h antes do habitual e, sem esperar o carro, seguiu a p rumo ao local de trabalho, fazendo o percurso habitual do carro. No caminho, encontrou-se com o veculo e chegou ao banco 20 min antes do horrio de costume. Quanto tempo caminhou o empresrio antes de se encontrar com o carro?

  • Exerccios Selecionados de Fsica 6

    CC AA PP TT UU LL OO II II II

    CC II NN EE MM TT II CC AA EE SS CC AA LL AA RR II II 1) Para se dirigir prudentemente, recomenda-se manter do veculo da frente uma distncia mnima de um carro(4,0m) para cada 16km/h. Um carro segue um caminho em uma estrada, ambos a 108km/h. a) De acordo com a recomendao acima, qual deveria ser a distncia mnima separando os dois veculos? b) O carro mantm uma separao de apenas 10m quando o motorista do caminho freia bruscamente. O motorista do carro demora 0,50 segundo para perceber a freada e pisar em seu freio. Ambos os veculos percorreriam a mesma distncia at parar, aps acionarem os seus freios. Mostre numericamente que a coliso inevitvel. 2) As faixas de acelerao das auto-estradas devem ser longas o suficiente para permitir que um carro partindo do repouso atinja a velocidade de 100km/h em uma estrada horizontal. Um carro popular capaz de acelerar de 0 a 100km/h em 18s. Suponha que a acelerao constante. a) Qual o valor da acelerao? b) Qual a distncia percorrida em 10s? c) Qual deve ser o comprimento mnimo da faixa de acelerao?. 3) A figura mostra uma bola descendo uma rampa. Ao longo da rampa, esto dispostos cinca cronmetros, C1, C2,....C5, igualmente espaados. Todos os cronmetros so acionados, simultaneamente (t= 0), quando a bola comea a descer a rampa partindo do topo. Cada um dos cronmetros pra quando a bola passa em frente a ele. Desse modo, obtm-se os tempos que a bola gastou para chegar em frente de cada cronmetro. A alternativa que melhor representa as marcaes dos cronmetros em um eixo de tempo

    4) No arranjo mostrado a seguir, do ponto A largamos com velocidade nula duas pequenas bolas que se movero sob a influencia da gravidade em um plano vertical, sem rolamento ou atrito, uma pelo trecho ABC e a outra pelo trecho ADC. As partes AD e BC dos trechos so paralelas e as partes AB e DC tambm. Os vrtices B de ABC e D de ADC so suavemente arredondados para que cada bola no sofra uma brusca mudana na sua trajetria.

    Pode-se afirmar que: a) A bola que se move pelo trecho ABC chega ao ponto C primeiro.

    b) A bola que se move pelo trecho ADC chega ao ponto C primeiro. c) As duas bolas chegam juntas ao ponto C. d) A bola de maior massa chega primeiro (e se tiverem a mesma massa, chegam juntas). 5) Numa competio automobilstica, um carro se aproxima de uma curva em grande velocidade. O piloto, ento, pisa o freio durante 4s e consegue reduzir a velocidade do carro para 30m/s. Durante a freada o carro percorre 160m. Supondo que os freios imprimam ao carro uma acelerao retardadora constante, calcule a velocidade do carro no instante em que o piloto pisou o freio. 6) Um automvel trafega com velocidade constante de 12m/s por uma avenida e se aproxima de um cruzamento onde h um semforo com fiscalizao eletrnica. Quando o automvel se encontra a uma distncia de 30m do cruzamento, o sinal muda de verde para amarelo. O motorista deve decidir entre parar o carro antes de chegar ao cruzamento ou acelerar o carro e passar pelo cruzamento antes do sinal mudar para vermelho. Este sinal permanece amarelo por 2,2 s. O tempo de reao do motorista (tempo decorrido entre o momento em que o motorista v a mudana de sinal e o momento em que realiza alguma ao) 0,5s. a) Determine a mnima acelerao constante que o carro deve ter para parar antes de atingir o cruzamento e no ser multado. b) Calcule a menor acelerao constante que o carro deve ter para passar pelo cruzamento sem ser multado. Aproxime 1,7

    2=3,0.

    7) Durante um experimento, um pesquisador anotou as posies de dois mveis A e B, elaborando a tabela a seguir.

    O movimento de A uniforme e o de B uniformemente variado. A acelerao do mvel B , em m/s

    2, igual a:

    a) 2,5 b) 5,0 c) 10,0 d) 12,5

  • Exerccios Selecionados de Fsica 7

    8) O movimento uniformemente acelerado de um objeto pode ser representado pela seguinte progresso aritmtica: 7 11 15 19 23 27... Esses nmeros representam os deslocamentos, em metros, realizados pelo objeto, a cada segundo. Portanto, a funo horria que descreve a posio desse objeto : a) 3t + 4t

    2 b) 5t + 2t

    2

    c) 1 + 2t + 4t2

    d) 2 + 3t + 2t2

    9) Billy sonha que embarcou em uma nave espacial para viajar at o distante planeta Gama, situado a 10,0 anos-luz da Terra. Metade do percurso percorrida com acelerao de 15 m/s

    2, e o restante com desacelerao de mesma

    magnitude. Desprezando a atrao gravitacional e efeitos relativistas, estime o tempo total em meses de ida e volta da viagem do sonho de Billy. Justifique detalhadamente. 10) Um fabricante de carros esportivos construiu um carro que, na arrancada, capaz de passar de 0 a 108 km/h (30m/s) em 10s, percorrendo uma distncia d. A figura a seguir representa o grfico velocidade-tempo do carro durante a arrancada.

    a) Calcule a acelerao escalar mdia do carro durante a arrancada, em m/s

    2.

    b) Para percorrer a primeira metade da distncia d, nessa arrancada, o carro gastou 5s, mais de 5s ou menos de 5s? Justifique sua resposta.

    PARA PENSAR UM POUCO MAIS...

    11) Nas provas de atletismo de curta distncia (at 200m) observa-se um aumento muito rpido da velocidade nos primeiros segundos

    da prova e depois um intervalo de tempo relativamente longo em que a velocidade do atleta permanece praticamente constante para em seguida diminuir lentamente. Para simplificar a discusso suponha que a velocidade do velocista em funo do tempo seja dada pelo grfico abaixo.

    Calcule: a) as aceleraes, nos dois primeiros segundos da prova e no movimento subsequente. b) a velocidade mdia nos primeiros 10s de prova.

    12) Um trem deve partir de uma estao A e parar na estao B, distante 4000m de A. A acelerao e a desacelerao podem ser, no mximo, de 5,0 m/s

    2 e a

    maior velocidade que o trem atinge 20 m/s. Determine o tempo mnimo para o trem completar o percurso de A a B, em segundos.

    CC AA PP TT UU LL OO II VV

    LL AA NN AA MM EE NN TT OO VV EE RR TT II CC AA LL

    QQ UU EE DD AA LL II VV RR EE 1) Um malabarista de circo deseja ter trs bolas no ar em todos os instantes. Ele arremessa uma bola a cada 0,40s. Considere g=10m/s

    2.

    a) Quanto tempo cada bola fica no ar? b) Com que velocidade inicial deve o malabarista atirar cada bola para cima? c) A que altura se elevar cada bola acima de suas mos? 2) Uma pedra lanada do solo verticalmente para cima. Considerando desprezvel a resistncia do ar, calcule que frao da altura mxima alcanada ela percorre durante a primeira metade do tempo de subida. 3) Um corpo em queda livre a partir do repouso, possui velocidade v aps percorrer uma altura h. A velocidade do corpo, nas mesmas condies, aps 4h, ser: (Desprezar a resistncia do ar e supor que a acelerao da gravidade no local constante) a) v b) 2 v c) 4 v d) 8 v e) 16 v 4) Uma pessoa lana uma bola verticalmente para cima. Sejam v o mdulo da velocidade e a o mdulo da acelerao da bola no ponto mais alto de sua trajetria. Assim sendo, correto afirmar que, nesse ponto: a) v = 0 e a 0. b) v 0 e a 0. c) v = 0 e a = 0. d) v 0 e a = 0. 5) Foi veiculada na televiso uma propaganda de uma marca de biscoitos com a seguinte cena: um jovem casal estava num mirante sobre um rio e algum deixava cair l de cima um biscoito. Passados alguns segundos, o rapaz se atira do mesmo lugar de onde caiu o biscoito e consegue agarr-lo no ar. Em ambos os casos, a queda livre, as velocidades iniciais so nulas, a altura de queda a mesma e a resistncia do ar nula. Para Galileu Galilei, a situao fsica desse comercial seria interpretada como: a) impossvel, porque a altura da queda no era grande o suficiente b) possvel, porque o corpo mais pesado cai com maior velocidade c) possvel, porque o tempo de queda de cada corpo depende de sua forma d) impossvel, porque a acelerao da gravidade no depende da massa dos corpos 6) Suponha que, durante o ltimo segundo de queda, a pedra tenha percorrido uma distncia de 45m. Considerando g=10m/s

    2 e que a pedra partiu do repouso,

    pode-se concluir que ela caiu de uma altura, em metros, igual a: a) 105 b) 115 c) 125 d) 135

  • Exerccios Selecionados de Fsica 8

    7) Um paraquedista radical pretende atingir a velocidade do som. Para isto seu plano saltar de um balo estacionrio na alta atmosfera, equipado com roupas pressurizadas. Como nessa altitude o ar muito rarefeito, a fora de resistncia do ar desprezvel. Suponha que a velocidade inicial do paraquedista em relao ao balo seja nula e que a acelerao da gravidade seja igual a 10m/s

    2. A velocidade do som nessa altitude 300m/s.

    Calcule: a) em quanto tempo ele atinge a velocidade do som; b) a distncia percorrida nesse intervalo de tempo. 8) Um elevador est descendo com velocidade constante. Durante este movimento, uma lmpada, que o iluminava, desprende-se do teto e cai. Sabendo que o teto est a 3,0m de altura acima do piso do elevador, o tempo que a lmpada demora para atingir o piso : a) 0,61 s. b) 0,78 s. c) 1,54s. d) infinito, pois a lmpada s atingir o piso se o elevador sofrer uma desacelerao. e) indeterminado, pois no se conhece a velocidade do elevador. 9) Uma atrao que est se tornando muito popular nos parques de diverso consiste em uma plataforma que despenca, a partir do repouso, em queda livre de uma altura de 75m. Quando a plataforma se encontra 30m acima do solo, ela passa a ser freada por uma fora constante e atinge o repouso quando chega ao solo. a) Qual o valor absoluto da acelerao da plataforma durante a queda livre? b) Qual a velocidade da plataforma quando o freio acionado? c) Qual o valor da acelerao necessria para imobilizar a plataforma? 10) Um malabarista consegue manter cinco bolas em movimento, arremessando-as para cima, uma de cada vez, a intervalos de tempo regulares, de modo que todas saem da mo esquerda, alcanam uma mesma altura, igual a 2,5m, e chegam mo direita. Desprezando a distncia entre as mos, determine o tempo necessrio para uma bola sair de uma das mos do malabarista e chegar outra, conforme o descrito acima.

    PARA PENSAR UM POUCO MAIS... 11) Em decorrncia de fortes chuvas, uma cidade do interior paulista ficou isolada. Um avio sobrevoou a cidade, com velocidade

    horizontal constante, largando 4 pacotes de alimentos, em intervalos de tempos iguais. No caso ideal, em que A RESISTNCIA DO AR PODE SER DESPREZADA, a figura que melhor poderia representar as posies aproximadas do avio e dos pacotes, em um mesmo instante,

    12) borda de um precipcio de certo planeta, no qual se pode desprezar a resistncia do ar, um astronauta mede o tempo t1 que uma pedra leva para atingir o solo, aps deixada cair de uma de altura H. A seguir, ele mede o tempo t2 que uma pedra tambm leva para atingir o solo, aps ser lanada para cima at uma altura h, como mostra a figura. Qual a expresso que d a altura H.

    CC AA PP TT UU LL OO VV

    CC II NN EE MM TT II CC AA AA NN GG UU LL AA RR 1) Uma esfera oca feita de papel tem dimetro igual a 0,50m e gira com determinada freqncia f0, conforme figura adiante. Um projtil disparado numa direo que passa pelo equador da esfera, com velocidade v=500m/s. Observa-se que, devido freqncia de rotao da esfera, a bala sai pelo mesmo orifcio feito pelo projtil quando penetra na esfera. A freqncia f0 da esfera :

    a) 200 Hz. b) 300 Hz. c) 400 Hz. d) 500 Hz. 2) Um disco tem seu centro fixo no ponto O do eixo x da figura adiante, e possui uma marca no ponto A de sua periferia. O disco gira com velocidade angular constante w em relao ao eixo. Uma pequena esfera lanada do ponto B do eixo em direo ao centro do disco, e aps 6s atinge sua periferia exatamente na marca A, no instante em que esta passa pelo ponto C do eixo x. Se o tempo gasto pela esfera para percorrer o segmento BC superior ao necessrio para que o disco d uma volta e inferior ao necessrio para que o disco d duas voltas, o perodo de rotao do disco de:

  • Exerccios Selecionados de Fsica 9

    a) 2s b) 3s c) 4s d) 5s e) 6s 3) Numa corrida de motos (motociclismo), o piloto A completa 45 voltas, das 70 previstas, ao mesmo tempo em que o piloto B completa 44 voltas. Qual dever ser, no restante da corrida, a razo entre a velocidade mdia vB do piloto B e a velocidade mdia vA do piloto A, para que cheguem juntos ao final dessa corrida? 4) Num toca fitas, a fita F do cassete passa em frente da cabea de leitura C com uma velocidade constante v=4,80cm/s. O dimetro do ncleo dos carretis vale 2,0cm. Com a fita completamente enrolada num dos carretis, o dimetro externo do rolo de fita vale 5,0cm. A figura adiante representa a situao em que a fita comea a se desenrolar do carretel A e a se enrolar no ncleo do carretel B.

    Enquanto a fita totalmente transferida de A para B, o nmero de rotaes completas por segundos (rps) do carretel A: a) varia de 0,32 a 0,80 rps. b) varia de 0,96 a 2,40 rps. c) varia de 1,92 a 4,80 rps. d) permanece igual a 1,92 rps. 5) Na ltima fila de poltronas de um nibus, dois passageiros esto distando 2m entre si. Se o nibus faz uma curva fechada, de raio 40m, com velocidade de 36km/h, a diferena das velocidades dos passageiros , aproximadamente, em m/s: a) 0,1 b) 0,2 c) 0,5 d) 1,0 e) 1,5 6) O olho humano retm durante 1/24 de segundo as imagens que se formam na retina. Essa memria visual permitiu a inveno do cinema. A filmadora bate 24 fotografias (fotogramas) por segundo. Uma vez revelado, o filme projetado razo de 24 fotogramas por segundo. Assim, o fotograma seguinte projetado no exato instante em que o fotograma anterior est desaparecendo de nossa memria visual, o que nos d a sensao de continuidade. Filma-se um ventilador cujas ps esto girando no sentido horrio. O ventilador possui quatro ps simetricamente dispostas, uma das quais pintadas de cor diferente, como ilustra a figura.Ao

    projetarmos o filme, os fotogramas aparecem na tela na seguinte sequncia

    o que nos d a sensao de que as ps esto girando no sentido anti-horrio. Calcule quantas rotaes por segundo, no mnimo, as ps devem estar efetuando para que isto ocorra. 7) Um disco de raio r gira com velocidade angular w constante. Na borda do disco, est presa uma placa fina de material facilmente perfurvel. Um projtil disparado com velocidade de mdulo V em direo ao eixo do disco, conforme mostra a figura, e fura a placa no ponto A. Enquanto o projtil prossegue sua trajetria sobre o disco, a placa gira meia circunferncia, de forma que o projtil atravessa mais uma vez o mesmo orifcio que havia perfurado. Considere a velocidade do projtil constante e sua trajetria retilnea. Qual o mdulo da velocidade V do projtil :

    8) Um dardo atirado horizontalmente, com velocidade inicial de 10m/s, visando o centro P de um alvo giratrio (veja a figura). Ele atinge o ponto Q do alvo 0,20s mais tarde. No instante do lanamento, o ponto Q est situado verticalmente abaixo do centro de rotao do alvo e atingido pelo dardo aps dar duas voltas completas. A acelerao gravitacional local 10m/s

    2.

    a) Calcule a distncia PQ. b) Calcule a freqncia de rotao do alvo. 9) A figura mostra um corte do globo terrestre, contendo o seu eixo de rotao (ligando o Plo Norte ao Plo Sul). O ponto A representa uma pessoa no equador, e o ponto B representa uma pessoa em uma latitude , ambas em repouso em relao ao planeta. Este gira no sentido mostrado. Seja vA a velocidade linear de rotao de A, e vB a velocidade linear de rotao de B. Qual a razo vB/vA.

  • Exerccios Selecionados de Fsica 10

    10) Uma das atraes tpicas do circo o equilibrista sobre monociclo.

    O raio da roda do monociclo utilizado igual a 20cm, e o movimento do equilibrista retilneo. O equilibrista percorre, no incio de sua apresentao, uma distncia de 24 metros. Determine o nmero de pedaladas, por segundo, necessrias para que ele percorra essa distncia em 30s, considerando o movimento uniforme.

    PARA PENSAR UM POUCO MAIS... 11) Em um farol de sinalizao, o feixe de luz est acoplado a um mecanismo rotativo que realiza uma volta completa a cada T segundos. O farol se encontra a uma distncia R do centro de uma praia de comprimento 2L, conforme a

    figura. O tempo necessrio para o feixe de luz "varrer" a praia, em cada volta, : a) arctg (L/R) T/(2) b) arctg (2L/R) T/(2) c) arctg (L/R) T/ d) arctg (L/2R) T/(2) e) arctg (L/R)/T 12) Uma partcula move-se ao longo de uma circunferncia circunscrita em um quadrado de lado L com velocidade angular constante. Na circunferncia inscrita nesse mesmo quadrado, outra partcula move-se com a mesma velocidade angular. Qual a razo entre os mdulos das respectivas velocidades tangenciais dessas partculas?

    CC AA PP TT UU LL OO VV II

    CC II NN EE MM TT II CC AA VV EE TT OO RR II AA LL 1) Um barco atravessa um rio de margens paralelas de largura d=4km. Devido correnteza, a componente da velocidade do barco ao longo das margens VA=0,5km/h em relao s margens. Na direo perpendicular s margens a componente da velocidade VB=2km/h. Pergunta-se:

    a) Quanto tempo leva o barco para atravessar o rio? b) Ao completar a travessia, qual o deslocamento do barco na direo das margens? 2) Um homem, em p sobre uma plataforma que se move horizontalmente para a direita com velocidade constante v=4,0m/s, observa que, ao inclinar de 45 um tubo cilndrico oco, permite que uma gota de chuva, que cai verticalmente com velocidade c constante em relao ao solo, atravesse o tubo sem tocar em suas paredes. Determine a velocidade c da gota da chuva, em m/s.

    3) Considere as seguintes grandezas fsicas mecnicas: TEMPO, MASSA, FORA, VELOCIDADE e TRABALHO. Dentre elas, tm carter vetorial apenas: a) fora e velocidade. b) massa e fora. c) tempo e massa. d) velocidade e trabalho. e) tempo e trabalho. 4) Uma roda de bicicleta se move, sem deslizar, sobre um solo horizontal, com velocidade constante. A figura apresenta o instante em que um ponto B da roda entra em contato com o solo. No momento ilustrado na figura a seguir, o vetor que representa a velocidade do ponto B, em relao ao solo, :

    5) A figura a seguir representa um mapa da cidade de Vectoria o qual indica a direo das mos do trfego. Devido ao congestionamento, os veculos trafegam com a velocidade mdia de 18km/h. Cada quadra desta cidade mede 200m por 200m (do centro de uma rua ao centro de outra rua). Uma ambulncia localizada em A precisa pegar um doente localizado bem no meio da quadra em B, sem andar na contramo.

  • Exerccios Selecionados de Fsica 11

    a) Qual o menor tempo gasto (em minutos) no percurso de A para B? b) Qual o mdulo do vetor velocidade mdia (em km/h) entre os pontos A e B? 6) Nos esquemas esto representadas a velocidade de mdulo V e a acelerao de mdulo a do ponto material P. Assinale a alternativa em que o mdulo da velocidade desse ponto material permanece constante.

    7) Num certo instante, esto representadas a acelerao e a velocidade vetoriais de uma partcula. Os mdulos dessas grandezas esto tambm indicados na figura

    No instante considerado, o mdulo da acelerao escalar, em m/s

    2, e o raio de curvatura, em metros, so,

    respectivamente: a) 3,5 e 25 b) 2,0 e 2,8 c) 4,0 e 36 d) 2,0 e 29 8) Um nibus percorre em 30 minutos as ruas de um bairro, de A at B, como mostra a figura:

    Considerando a distncia entre duas ruas paralelas consecutivas igual a 100 m, analise as afirmaes: I. A velocidade vetorial mdia nesse percurso tem mdulo 1 km/h. II. O nibus percorre 1500 m entre os pontos A e B. III. O mdulo do vetor deslocamento 500 m. IV. A velocidade vetorial mdia do nibus entre A e B tem mdulo 3 km/h. Esto corretas: a) I e III. b) I e IV. c) III e IV. d) I e II. 9) M e N so vetores de mdulos iguais (|M| = |N| = M). O vetor M fixo e o vetor N pode girar em torno do ponto O (veja figura) no plano formado por M e N. Sendo R = M + N, indique, entre os grficos a seguir, aquele que pode representar a variao de |R| como funo do ngulo entre M e N.

  • Exerccios Selecionados de Fsica 12

    10) A figura representa um avio, que mergulha fazendo um ngulo de 30 com a horizontal, seguindo uma trajetria retilnea entre os pontos A e B. No solo, considerado como plano horizontal est representada a sombra da aeronave, projetada verticalmente, e um ponto de referncia C.

    Considere as afirmativas que se referem ao movimento da aeronave no trecho AB, e assinale a alternativa correta: a) A velocidade do avio em relao ao ponto C maior que a velocidade de sua sombra, projetada no solo, em relao ao mesmo ponto. b) A velocidade do avio nula em relao sua sombra projetada no solo. c) A velocidade do avio em relao ao ponto C igual velocidade de sua sombra, projetada no solo em relao ao mesmo ponto. d) A velocidade do avio em relao sua sombra projetada no solo maior que a velocidade de sua sombra em relao ao ponto C. e) A velocidade da sombra em relao ao ponto C independe da velocidade do avio.

    PARA PENSAR UM POUCO MAIS... 11) Um barco percorre seu trajeto de descida de um rio, a favor da correnteza, com a velocidade de 2m/s em relao gua. Na

    subida, contra a correnteza, retornando ao ponto de partida, sua velocidade de 8 m/s, tambm em relao gua. Considere que: - o barco navegue sempre em linha reta e na direo da correnteza; - a velocidade da correnteza seja sempre constante; - a soma dos tempos de descida e de subida do barco seja igual a 10 min. Assim, qual a maior distncia, em metros, que o barco pode percorrer, neste intervalo de tempo? 12) Um barco a motor, que ia subindo um rio, encontrou uma balsa que se movia no sentido da correnteza. Aps uma hora do encontro, o motor do barco parou. O conserto do motor durou 30 min e durante esse tempo o barco moveu-se livremente no sentido da corrente. Depois do conserto, o barco comeou a mover-se na direo da corrente, seguindo rio abaixo com a mesma velocidade relativa gua e encontrou a balsa a uma distncia de 7,5 km em relao ao primeiro encontro.

    Determine a velocidade da correnteza.

    CC AA PP TT UU LL OO VV II II

    LL AA NN AA MM EE NN TT OO OO BB LL QQ UU OO 1) Um habitante do planeta Bongo atirou uma flexa e obteve os grficos a seguir. Sendo x a distncia horizontal e y a vertical:

    a) Qual a velocidade horizontal da flexa? b) Qual a velocidade vertical inicial da flexa? c) Qual o valor da acelerao da gravidade no planeta Bongo? 2) At os experimentos de Galileu Galilei, pensava-se que quando um projtil era arremessado, o seu movimento devia-se ao impetus, o qual mantinha o projtil em linha reta e com velocidade constante. Quando o impetus acabasse, o projtil cairia verticalmente at atingir o cho. Galileu demonstrou que a noo de impetus era equivocada. Consideremos que um canho dispara projteis com uma velocidade inicial de 100m/s, fazendo um ngulo de 30 com a horizontal. Dois artilheiros calcularam a trajetria de um projtil: um deles, Simplcio, utilizou a noo de impetus, o outro, Salviati, as idias de Galileu. Os dois artilheiros concordavam apenas em uma coisa: o alcance do projtil. Considere 3

    1/2 =1,8. Despreze

    o atrito com o ar. a) Qual o alcance do projtil? b) Qual a altura mxima alcanada pelo projtil, segundo os clculos de Salviati? c) Qual a altura mxima calculada por Simplcio? 3) Na ausncia de resistncia do ar, um objeto largado sob um avio voando em linha reta horizontal com velocidade constante: a) subir acima do avio e depois cair. b) rapidamente ficar para trs. c) rapidamente ultrapassar o avio. d) oscilar para frente e para trs do avio. e) permanecer sob o avio. 4) Uma esfera de ao lanada obliquamente com pequena velocidade, formando um ngulo de 45 graus com o eixo horizontal. Durante sua trajetria, desprezando-se o atrito com o ar, pode-se afirmar que: a) a velocidade zero no ponto de altura mxima. b) a componente vertical da velocidade mantm-se constante em todos os pontos. c) a componente horizontal da velocidade varivel em todos os pontos. d) o vetor velocidade o mesmo nos pontos de lanamento e de chegada. e) a componente vertical da velocidade nula no ponto de mxima altura.

  • Exerccios Selecionados de Fsica 13

    5) Um bombeiro deseja apagar um incndio em um edifcio. O fogo est a 10m do cho. A velocidade da gua v=30m/s e o bombeiro segura a mangueira com um ngulo de 30 em relao ao solo. Obs. desprezar a altura da mangueira ao solo.

    Qual a distncia mxima entre o bombeiro e o edifcio? 6) Um bombeiro deseja apagar um incndio em um edifcio. O fogo est a 10m do cho. A velocidade da gua v=30m/s e o bombeiro segura a mangueira com um ngulo de 30 em relao ao solo. Obs. desprezar a altura da mangueira ao solo.

    Qual a altura mxima que a gua atinge nestas condies? 7) Um atirador de facas faz seus arremessos a partir de um ponto P, em direo a uma jovem que se encontra em p, encostada em um painel de madeira. A altura do ponto P de 2,0m e sua distncia ao painel de 3,0m. A primeira faca jogada para o alto com a componente horizontal da velocidade igual a 3,0m/s e a componente vertical igual a 4,0m/s. A faca se move em um plano vertical perpendicular ao painel. Desprezando a resistncia do ar e qualquer movimento de giro da faca em torno de seu centro de gravidade, determine a altura do ponto em que ela atinge o painel. 8) Duas mesas de 0,80 m de altura esto apoiadas sobre um piso horizontal, como mostra a figura a seguir. Duas pequenas esferas iniciam o seu movimento simultaneamente do topo da mesa: 1) a primeira, da mesa esquerda, lanada com velocidade v0 na direo horizontal, apontando para a outra esfera, com mdulo igual a 4m/s; 2) a segunda, da mesa da direita, cai em queda livre.

    Sabendo que elas se chocam no momento em que tocam o cho, determine: a) o tempo de queda das esferas; b) a distncia x horizontal entre os pontos iniciais do movimento. 9) Uma bola de tnis rebatida numa das extremidades da quadra descreve a trajetria representada na figura a

    seguir, atingindo o cho na outra extremidade da quadra. O comprimento da quadra de 24 m.

    a) Calcule o tempo de vo da bola, antes de atingir o cho. Desconsidere a resistncia do ar nesse caso. b) Qual a velocidade horizontal da bola no caso acima? c) Quando a bola rebatida com efeito, aparece uma fora, FE, vertical, de cima para baixo e igual a 3 vezes o peso da bola. Qual ser a velocidade horizontal da bola, rebatida com efeito para uma trajetria idntica da figura? 10) Em uma partida de futebol, a bola chutada a partir do solo descrevendo uma trajetria parablica cuja altura mxima e o alcance atingido so, respectivamente, h e s. Desprezando o efeito do atrito do ar, a rotao da bola e sabendo que o ngulo de lanamento foi de 45 em relao ao solo horizontal, calcule a razo s/h.

    PARA PENSAR UM POUCO MAIS... 11) Um motociclista movimenta sua motocicleta

    e sobe a rampa de inclinao da figura.

    Determine, em funo de g, , H e D, o menor valor da velocidade que o motociclista deve ter em A para chegar em B.

    12) Um corpo homogneo lanado do ponto A na figura,

    com uma velocidade , que forma um ngulo de 45 abaixo da horizontal. O corpo percorre uma distncia 2x sob a gua e sai para o ar, onde percorre uma distncia x, at cair novamente sobre a superfcie lquida. Desprezando as resistncias da gua e do ar ao movimento do corpo, determine a massa especfica deste.

    Dado: gua = 1,0 103 kg/m

    3

  • Exerccios Selecionados de Fsica 14

    CC AA PP TT UU LL OO VV II II II

    LL EE II SS DD EE NN EE WW TT OO NN

    1) Considere um avio a jato, com massa total de 100 toneladas (1,0x10

    5kg), durante a decolagem numa pista

    horizontal. Partindo do repouso, o avio necessita de 2000m de pista para atingir a velocidade de 360km/h, a partir da qual ele comea a voar. a) Qual a fora de sustentao, na direo vertical, no momento em que o avio comea a voar? b) Qual a fora mdia horizontal sobre o avio enquanto ele est em contato com o solo durante o processo de acelerao? Adote a acelerao da gravidade g =10m/s

    2.

    2) Um trem est se deslocando para a direita sobre trilhos retilneos e horizontais, com movimento uniformemente variado em relao Terra. Uma esfera metlica, que est apoiada no piso horizontal de um dos vages, mantida em repouso em relao ao vago por uma mola colocada entre ela e a parede frontal, como ilustra a figura. A mola encontra-se comprimida.

    Suponha desprezvel o atrito entre e esfera e o piso do vago. a) Determine a direo e o sentido da acelerao do trem em relao Terra. b) Verifique se o trem est se deslocando em relao Terra com movimento uniformemente acelerado ou retardado, justificando sua resposta. 3) A figura mostra reprodues de trs fotografias estroboscpicas, cada uma correspondendo ao movimento de uma partcula em um plano. Em todas as fotos, duas posies sucessivas da partcula correspondem sempre a um mesmo intervalo de tempo, a saber, 0,1 segundo.

    Sobre essas situaes, analise as seguintes afirmaes: I. Existe acelerao centrpeta em B e em C. II. Existe acelerao tangencial em B e em C. III. Em uma das situaes no h acelerao. Assinale: a) se todas as afirmativas so corretas. b) se todas as afirmativas so falsas. c) se apenas as afirmativas I e II so corretas. d) se apenas as afirmativas II e III so corretas. e) se apenas as afirmativas I e III so corretas. 4) Uma balana na portaria de um prdio indica que o peso de Chiquinho de 600 newtons. A seguir, outra pesagem

    feita na mesma balana, no interior de um elevador, que sobe com acelerao de sentido contrrio ao da acelerao da gravidade e mdulo a=g/10, em que g=10m/s

    2. Nessa nova situao, o ponteiro da balana

    aponta para o valor que est indicado corretamente na seguinte figura:

    5) Uma jogadora de basquete arremessa uma bola tentando atingir a cesta. Parte da trajetria seguida pela bola est representada na figura. Considerando a resistncia do ar, assinale a alternativa cujo diagrama MELHOR representa as foras que atuam sobre a bola no ponto P dessa trajetria.

    6) A brasileira Maria Esther Bueno foi a primeira tenista a se tornar campe de duplas nos quatro torneios mais importantes do mundo (o da Austrlia, o de Wimbledon, o de Roland Garros e o dos Estados Unidos), numa mesma temporada.

    (http://www.tennisfame.org/enshrinees/maria_bueno.html) Imagine que a tenista consiga golpear a bolinha com sua raquete de modo a faz-la passar sobre a rede e atingir a quadra de sua adversria. Considere as seguintes foras: P - fora vertical para baixo devido gravidade Fr - fora devido raquetada Fa- fora devido presena da atmosfera Assinale a opo que melhor representa as foras, dentre as trs acima, que atuam sobre a bolinha, aps a raquetada.

  • Exerccios Selecionados de Fsica 15

    7) Um fazendeiro possui dois cavalos igualmente fortes. Ao prender qualquer um dos cavalos com uma corda a um muro (figura 1), observa que o animal, por mais que se esforce, no consegue arrebent-la. Ele prende, em seguida, um cavalo ao outro, com a mesma corda. A partir de ento, os dois cavalos passam a puxar a corda (figura 2) to esforadamente quanto antes.

    A respeito da situao ilustrada pela figura 2, correto afirmar que: a) a corda arrebenta, pois no to resistente para segurar dois cavalos b) a corda pode arrebentar, pois os dois cavalos podem gerar, nessa corda, tenses at duas vezes maiores que as da situao da figura 1 c) a corda no arrebenta, pois a resultante das foras exercidas pelos cavalos sobre ela nula d) a corda no arrebenta, pois no est submetida a tenses maiores que na situao da figura 1 e) no se pode saber se a corda arrebenta ou no, pois nada se disse sobre sua resistncia 8) Considere um carro de trao dianteira que acelera no sentido indicado na figura em destaque. O motor capaz de impor s rodas de trao um determinado sentido de rotao. S h movimento quando h atrito esttico, pois, na sua ausncia, as rodas de trao patinam sobre o solo, como acontece em um terreno enlameado. O diagrama que representa corretamente as foras de atrito esttico que o solo exerce sobre as rodas :

    9) A figura I, a seguir, indica um sistema composto por duas roldanas leves, capazes de girar sem atrito, e um fio inextensvel que possui dois suportes em suas extremidades. O suporte A possui um certo nmero de formigas idnticas, com 20 miligramas cada. O sistema est em equilbrio. Todas as formigas migram ento para o suporte B e o sistema movimenta-se de tal forma que o suporte B se apia numa mesa, que exerce uma fora de 40 milinewtons sobre ele, conforme ilustra a figura II.

    Determine: a) o peso de cada formiga. b) o nmero total de formigas. 10) Um mtodo de medir a resistncia oferecida por um fluido mostrado na figura a seguir:

    Uma bolinha de massa m desce verticalmente ao longo de um tubo de vidro graduado totalmente preenchido com glicerina. Com ajuda das graduaes do tubo percebe-se que, a partir de um determinado instante, a bolinha percorre distncias iguais em intervalos de tempo iguais. Nestas condies, sendo g a acelerao da gravidade: a) calcule a resultante das foras que atuam sobre a bolinha; b) calcule a fora resultante que o fluido exerce sobre a bolinha. 11) Um motorista dirige seu automvel com velocidade de 90 km/h quando percebe um sinal de trnsito fechado. Neste instante, o automvel est a 100m do sinal. O motorista aplica imediatamente os freios impondo ao carro uma desacelerao constante de 2,5 m/s

    2 at que este

    atinja o repouso: a) O automvel pra antes do sinal ou aps ultrapass-lo? Justifique sua resposta. b) Se a massa do automvel igual a 720 kg e a do motorista igual a 80 kg, calcule o mdulo da resultante das foras que atuam sobre o conjunto automvel-motorista supondo que o motorista esteja solidrio com o automvel. 12) Uma pessoa entra num elevador carregando uma caixa pendura por um barbante frgil, como mostra a figura. O elevador sai do 6 andar e s pra no trreo.

    correto afirmar que o barbante poder arrebentar: a) no momento em que o elevador entra em movimento, no 6 andar. b) no momento em que o elevador parar no trreo. c) quando o elevador estiver em movimento, entre o 5 e o 2 andares. d) somente numa situao em que o elevador estiver subindo.

  • Exerccios Selecionados de Fsica 16

    13) Uma pilha de seis blocos iguais, de mesma massa m, repousa sobre o piso de um elevador, como mostra a figura. O elevador est subindo em movimento uniformemente retardado com uma acelerao de mdulo a. O mdulo da fora que o bloco 3 exerce sobre o bloco 2 dado por

    a) 3m (g + a). b) 3m (g - a). c) 2m (g + a). d) 2m (g - a). 14) Um operrio usa uma empilhadeira de massa total igual a uma tonelada para levantar verticalmente uma caixa de massa igual a meia tonelada, com uma acelerao inicial de 0,5m/s

    2, que se mantm constante

    durante um curto intervalo de tempo. Use g=10m/s2 e

    calcule, neste curto intervalo de tempo:

    a) a fora que a empilhadeira exerce sobre a caixa; b) a fora que o cho exerce sobre a empilhadeira. (Despreze a massa das partes mveis da empilhadeira). 15) Um anel de peso 30 N est preso a uma mola e desliza sem atrito num fio circular situado num plano vertical, conforme mostrado na figura.

    Considerando que a mola no se deforma quando o anel se encontra na posio P e que a velocidade do anel seja a mesma nas posies P e Q, a constante elstica da mola deve ser de: a) 3,0 10

    3 N/m

    b) 4,5 103 N/m

    c) 7,5 103 N/m

    d) 1,2 104 N/m

    e) 3,0 104 N/m

    16) Os corpos A e B, de massas 8kg e 2kg, respectivamente, sobem o plano inclinado a seguir com

    acelerao constante de 1m/s2. Se o coeficiente de atrito

    cintico entre os blocos e o plano inclinado 0,5, ento o mdulo da fora , paralela ao apoio dos blocos e no plano da figura, vale:

    a) 140 N b) 130 N c) 120 N d) 110 N 17) Duas pequenas esferas de ao so abandonadas a uma mesma altura h do solo. A esfera (1) cai verticalmente. A esfera (2) desce uma rampa inclinada 30 com a horizontal, como mostra a figura.

    Considerando os atritos desprezveis, calcule a razo t1/t2 entre os tempos gastos pelas esferas (1) e (2), respectivamente, para chegarem ao solo. 18) Um plano est inclinado, em relao horizontal, de um ngulo cujo seno igual a 0,6 (o ngulo menor do que 45). Um bloco de massa m sobe nesse plano inclinado sob a ao de uma forca horizontal F, de mdulo exatamente igual ao mdulo de seu peso, como indica a figura a seguir.

    a) Supondo que no haja atrito entre o bloco e o plano inclinado, calcule o mdulo da acelerao do bloco. b) Calcule a razo entre o trabalho W(F) da fora F e o trabalho W(P) do peso do bloco, ambos em um deslocamento no qual o bloco percorre uma distncia d ao longo da rampa.

  • Exerccios Selecionados de Fsica 17

    19) Leia atentamente os quadrinhos a seguir.

    A soluo pensada pelo gato Garfield para atender ordem recebida de seu dono est fisicamente correta? Justifique sua resposta. 20) Quando o cabo de um elevador se quebra, os freios de emergncia so acionados contra trilhos laterais, de modo que esses passam a exercer, sobre o elevador, quatro foras verticais constantes e iguais a f , como indicado na figura. Considere g = 10m/s

    2.

    Suponha que, numa situao como essa, a massa total do elevador seja M=600kg e que o mdulo de cada fora f seja | f | = 1350N. Calcule o mdulo da acelerao com que o elevador desce sob a frenagem dessas foras. 21) Um bloco de massa m abaixado e levantado por meio de um fio ideal. Inicialmente, o bloco abaixado com acelerao constante vertical, para baixo, de mdulo a (por hiptese, menor do que o mdulo g da acelerao da gravidade), como mostra a figura 1. Em seguida, o bloco levantado com acelerao constante vertical, para cima, tambm de mdulo a, como mostra a figura 2. Sejam T a tenso do fio na descida e T a tenso do fio na subida.

    Determine a razo T/T em funo de a e g. 22) Um sistema constitudo por um barco de 100 kg, uma pessoa de 58 kg e um pacote de 2,0 kg que ela carrega consigo. O barco puxado por uma corda de modo que a fora resultante sobre o sistema seja constante, horizontal e de mdulo 240 newtons. Supondo que no haja movimento relativo entre as partes do sistema, calcule o mdulo da fora horizontal que a pessoa exerce sobre o pacote. 23) Uma fora horizontal de mdulo F puxa um bloco sobre uma mesa horizontal com uma acelerao de mdulo a,

    como indica a figura 1. Sabe-se que, se o mdulo da fora for duplicado, a acelerao ter mdulo 3a , como indica a figura 2. Suponha que, em ambos os casos, a nica outra fora horizontal que age sobre o bloco seja a fora de atrito - de mdulo invarivel f - que a mesa exerce sobre ele.

    Calcule a razo f / F entre o mdulo f da fora de atrito e o mdulo F da fora horizontal que puxa o bloco. 24) Um pequeno bloco de massa m = 3,0kg desliza sobre a superfcie inclinada de uma rampa que faz com a horizontal um ngulo de 30

    o, como indica a figura ao lado.

    Verifica-se que o bloco desce a rampa com movimento retilneo ao longo da direo de maior declive (30 com a horizontal) com uma acelerao de mdulo igual a g/3, em que g o mdulo da acelerao da gravidade. Considerando g = 10m/s

    2, calcule o mdulo da fora de

    atrito que a superfcie exerce sobre o bloco. 25) A figura mostra um helicptero que se move verticalmente em relao Terra, transportando uma carga de 100 kg por meio de um cabo de ao. O cabo pode ser considerado inextensvel e de massa desprezvel quando comparada da carga. Considere g = 10 m/s

    2.

    Suponha que, num determinado instante, a tenso no cabo de ao seja igual a 1200 N. a) Determine, neste instante, o sentido do vetor acelerao da carga e calcule o seu mdulo. b) possvel saber se, nesse instante, o helicptero est subindo ou descendo? Justifique a sua resposta.

    PARA PENSAR UM POUCO MAIS... 26) O bloco da figura abaixo est sustentado parede pela massa pendular, estando

    prestes a cair. Sendo o coeficiente de atrito esttico

    entre todas as superfcies em contato e sabendo-se que a massa pendular igual do bloco, pede-se calcular o

    ngulo .

  • Exerccios Selecionados de Fsica 18

    27) Um caminho move-se numa estrada plana e horizontal. Fixo ao caminho existe um plano inclinado de

    ngulo , conforme a figura abaixo.

    Coloca-se sobre o plano um corpo que apresenta

    coeficiente de atrito esttico = 0,6 com ele. Calcular qual

    poder ser a maior acelerao em que o caminho pode se mover, sem que o corpo movimente-se em relao ao plano inclinado.

    Dados: sen = 0,17 e cos = 0,98 28) No caso da figura seguinte, o mecanismo destravado num certo instante e, dada a inexistncia de foras passivas, as caixas C1 e C2, de massas respectivamente iguais a 2,0 kg e 9,0 kg, adquirem movimentos acelerados.

    Sendo desprezveis as demais massas envolvidas e adotando g = 10 m/s

    2, calcule:

    a) os mdulos das aceleraes das caixas;

    b) a intensidade da fora tensora estabelecida no fio.

    29) A figura mostra um bloco prismtico triangular de massa m1, que se desloca sobre uma superfcie polida, puxado por um fio inextensvel, de massa desprezvel. A outra extremidade do fio est ligada a um bloco de massa m2 pendente de uma polia, de massa desprezvel, que gira sem atrito. Um terceiro bloco cbico, de massa m3 repousa sobre o bloco de massa m1.

    Determinar a relao entre as massas m1, m2 e m3, a fim de conservar o bloco de massa m3 estacionrio em relao ao bloco triangular. Admitir os contatos sem atrito. 30) Um carro de peso Q, provido de uma rampa fixa e

    inclinada de ngulo , suporta um bloco de peso P. O

    coeficiente de atrito esttico entre o bloco e a rampa vale

    .

    Determine:

    a) o maior valor da acelerao com a qual o carro pode ser movimentado, sem que o corpo comece a subir a rampa;

    b) a intensidade F da fora horizontal correspondente.

    Dados: P = 100N; Q = 500N; = 0,5; g = 10 m/s2 e cos =

    0,8. 31) Na configurao abaixo, o coeficiente de atrito entre os

    blocos A e B 1 = 0,1 e entre o bloco B e a superfcie

    horizontal 2.

    Sendo PA = 20 N, PB = 80 N e PC = 60 N, e sabendo-se que o sistema est na iminncia de deslizamento, determine o

    valor do coeficiente de atrito 2. 32) Um fio ideal tem uma de suas extremidades presa ao teto de um vago que se move sobre trilhos retos e

    horizontais, com acelerao constante . Na outra extremidade do fio est presa uma partcula de massa m = 5,0 kg. O fio permanece em repouso em relao ao

    vago, formando com a vertical um ngulo , tal que sen

    = 13

    12 e cos =

    13

    5.Sabe-se, ainda, que g = 10 m/s

    2.

    a) Calcule o mdulo de ;

    b) Calcule o mdulo da trao no fio. 33) No sistema representado na figura, temos um vago que se move sobre trilhos retos e horizontais com

    movimento acelerado, de acelerao , empurrado por

    uma fora horizontal . Dentro do vago h uma mesa S,

  • Exerccios Selecionados de Fsica 19

    rigidamente presa ao piso do vago, e sobre ela est um bloco A, o qual est ligado por um fio ideal a uma bolinha B. A polia ideal e no h atritos. O sistema todo se move de modo que o bloco A e a bolinha B permanecem em repouso em relao ao vago.

    A acelerao da gravidade g = 10 m/s

    2 e as massas de A

    e B so mA = 20 kg e mB = 12 kg.

    a) Calcule os mdulos de e da trao no fio;

    b) Sabendo que a massa do vago, juntamente com a

    mesa m = 68 kg, determine a intensidade de . 34) Os blocos A, B e C, representados na figura, tm massas respectivamente iguais a 8,0 kg, 6,0 kg e 26 kg. O fio e a polia so ideais, no h atrito e a acelerao da

    gravidade tem mdulo 10 m/s2. Uma fora horizontal

    aplicada sobre C, de modo que o sistema todo se move em relao ao solo, mas os blocos A e B permanecem em repouso em relao a C.

    Calcule os mdulos:

    a) da acelerao do sistema em relao ao solo;

    b) da fora ;

    c) da fora exercida por C sobre B.

    35) No esquema, o plano perfeitamente liso e entre o

    plano e o corpo B o coeficiente de atrito . As polias so ideais.

    Determine o mnimo valor de , para que o sistema permanea em equilbrio, quando as massas dos corpos A e B so, respectivamente, de 1,25 kg e 10 kg.

    Dados: sen = 0,8 e sen = 0,6.

    CC AA PP TT UU LL OO II XX

    TT RR AA BB AA LL HH OO EE EE NN EE RR GG II AA

    1) Sob a ao de uma fora constante, um corpo de massa m=4,0kg adquire, a partir do repouso, a velocidade de 10m/s. a) Qual trabalho realizado por essa fora? b) Se o corpo se deslocou 25m, qual o valor da fora aplicada? 2) Uma formiga caminha com velocidade mdia de 0,20cm/s. Determine: a) a distncia que ela percorre em 10 minutos. b) o trabalho que ela realiza sobre uma folha de 0,2g quando ela transporta essa folha de um ponto A para outro B, situado 8,0m acima de A. 3) Um corpo de massa 2,0kg arrastado sobre uma superfcie horizontal com velocidade constante de 5,0m/s, durante 10s. Sobre esse movimento so feitas as afirmaes: I. o trabalho realizado pela fora peso do corpo nulo. II. o trabalho realizado pela fora de atrito nulo. III. o trabalho realizado pela fora resultante nulo. Dessas afirmaes, SOMENTE: a) I e III so corretas. b) I e II so corretas. c) III correta. d) II correta. e) I correta. 4) Um pndulo constitudo de uma esfera de massa 2,0 kg, presa a um fio de massa desprezvel e comprimento 2,0m, que pende do teto conforme figura a seguir. O pndulo oscila formando um ngulo mximo de 60 com a vertical.

    Nessas condies, o trabalho realizado pela fora de trao, que o fio exerce sobre a esfera, entre a posio mais baixa e mais alta, em joules, vale a) 20 b) 10 c) zero d) -10 e) -20 5) Observe as situaes a seguir, nas quais um homem desloca uma caixa ao longo de um trajeto AB de 2,5 m.

  • Exerccios Selecionados de Fsica 20

    As foras F1 e F2 exercidas pelo homem nas duas situaes, tm o mesmo mdulo igual a 0,4 N e os ngulos entre suas direes e os respectivos deslocamentos medem e 2. Se k o trabalho realizado, em joules, por F1, o trabalho realizado por F2 corresponde a: a) 2 k b) k/2 c) (k

    2 + 1)/2

    d) 2 k2 1

    6) Um corpo de massa m solto no ponto A de uma superfcie e desliza, sem atrito, at atingir o ponto B. A partir deste ponto o corpo desloca-se numa superfcie horizontal com atrito, at parar no ponto C, a 5 metros de B.

    Sendo m medido em quilogramas e h em metros, o valor da fora de atrito F, suposta constante enquanto o corpo se movimenta, vale em newtons. a) F= (1/2) mh b) F= mh c) F= 2 mh d) F= 5 mh e) F= 10 mh Considere: g = 10 m/s

    2

    7) Um pra-quedista de 80kg (pessoa + pra-quedas) salta de um avio. A fora da resistncia do ar no para quedas dada pela expresso: F = - Bv

    2

    onde b = 32 kg/m uma constante e V a velocidade do pra-quedista. Depois de saltar, a velocidade de queda vai aumentando at ficar constante. O pra-quedista salta de 2.000 m de altura e atinge a velocidade constante antes de chegar ao solo. a) Qual a velocidade com que o pra-quedista atinge o solo? b) Qual foi a energia dissipada pelo atrito contra o ar na queda desse pra-quedista? 8) Uma esfera de ao de massa m=0,20kg, suspensa por um fio a um suporte, afastada de sua posio de equilbrio e abandonada a uma altura H0=0,48m, como mostra a figura 1. Ao completar a primeira oscilao,

    verifica-se que ela consegue atingir apenas uma altura H1=0,45m, como mostra a figura 2.

    Sendo g = 10m/s

    2 a acelerao da gravidade, calcule:

    a) o trabalho realizado pelos diversos atritos que se opem ao movimento da esfera durante essa primeira oscilao; b) o trabalho realizado pela tenso no fio durante essa primeira oscilao. 9) Um carro de corrida, incluindo o piloto, tem 800 kg de massa e seu motor capaz de desenvolver, no mximo, 160 kW de potncia. O carro acelera na largada, primeiramente, utilizando a trao de 4000 N, que no caso a mxima permitida pela pista e pelos pneus, at atingir a potncia mxima do motor. A partir da, o piloto passa a acelerar o carro utilizando a potncia mxima do motor at atingir 60 m/s. Suponha que no haja perda de energia por atrito e que todo o trabalho realizado pelo motor resulte no aumento de energia cintica de translao do carro. a) Calcule a velocidade do carro ao final da primeira etapa de acelerao. b) Calcule o tempo gasto na segunda etapa da acelerao. 10) Um aluno simplesmente sentado numa sala de aula dissipa uma quantidade de energia equivalente de uma lmpada de 100W. O valor energtico da gordura de 9,0kcal/g. Para simplificar, adote 1 cal=4,0J. a) Qual o mnimo de quilocalorias que o aluno deve ingerir por dia para repor a energia dissipada? b) Quantos gramas de gordura um aluno queima durante uma hora de aula? 11) Uma roda d'gua converte em eletricidade, com uma eficincia de 30%, a energia de 200 litros de gua por segundo caindo de uma altura de 5,0 metros. A eletricidade gerada utilizada para esquentar 50 litros de gua de 15C a 65C. O tempo aproximado que leva a gua para esquentar at a temperatura desejada : a) 15 minutos b) meia hora c) uma hora d) uma hora e meia

  • Exerccios Selecionados de Fsica 21

    12) A energia trmica liberada em processos de fisso nuclear pode ser utilizada na gerao de vapor para produzir energia mecnica que, por sua vez, ser convertida em energia eltrica. Abaixo est representado um esquema bsico de uma usina de energia nuclear.

    A partir do esquema so feitas as seguintes afirmaes: I. a energia liberada na reao usada para ferver a gua que, como vapor a alta presso, aciona a turbina. II. a turbina, que adquire uma energia cintica de rotao, acoplada mecanicamente ao gerador para produo de energia eltrica. III. a gua depois de passar pela turbina pr-aquecida no condensador e bombeada de volta ao reator. Dentre as afirmaes acima, somente est(o) correta(s): a) I. b) II. c) III. d) I e II. e) II e III. 13) Uma partcula est submetida a uma fora com as seguintes caractersticas: seu modulo proporcional ao modulo da velocidade da partcula e atua numa direo perpendicular quela do vetor velocidade. Nestas condies, a energia cintica da partcula deve: a) crescer linearmente com o tempo. b) crescer quadrticamente com o tempo. c) diminuir linearmente com o tempo. d) diminuir quadrticamente com o tempo. e) permanecer inalterada. 14) Um mico, que fazia piruetas sobre a cabea de um elefante, deixou seu chapu, de massa igual a 50g, escorregar pela tromba do elefante, a partir do repouso, de uma altura h igual a 2,0m, como ilustra a figura a seguir.

    Sabendo que a velocidade v no ponto B 2,0m/s, determine a energia dissipada pelo atrito no percurso entre A e B. 15) Um pndulo constitudo de um fio ideal, de comprimento L = 0,90 m e massa 0,1 kg, solto a partir do

    repouso, da posio inicial mostrada na figura a seguir, formando um ngulo de 60 com a vertical. Ao longo do tempo, o pndulo vai tendo o seu movimento amortecido por atrito com o ar, terminando por parar completamente na posio de equilbrio.

    g = 10m/s

    2 e cos 60 = 1/2.

    Determine a perda da energia mecnica entre o momento inicial e o final.

    PARA PENSAR UM POUCO MAIS... 16) Um pequeno camundongo de massa M corre num plano vertical no interior de um cilindro de massa m e eixo horizontal.

    Suponha-se que o ratinho alcance a posio indicada na figura imediatamente no incio de sua corrida, nela permanecendo devido ao movimento giratrio de reao do cilindro, suposto ocorrer sem resistncia de qualquer natureza.

    Qual a energia despendida pelo ratinho durante um intervalo de tempo T para se manter na mesma posio enquanto corre? 17) Um corpo de massa 2,0kg lanado do ponto A, conforme indicado na figura, sobre um plano horizontal, com uma velocidade de 20m/s. A seguir, sobre uma rampa at atingir uma altura mxima de 2,0m, no ponto B.

    Sabe-se que o calor gerado no processo foi todo absorvido pelo corpo e que um termmetro sensvel, ligado ao corpo, acusa uma variao de temperatura de 1C. a) Determine o calor especfico mdio do material que constitui o corpo, em J/kgC b) Indique se a altura mxima atingida pelo corpo, caso no houvesse dissipao de energia, seria maior, menor ou igual a 2,0 m. Justifique sua resposta.

  • Exerccios Selecionados de Fsica 22

    18) Numa cmara frigorfica, um bloco de gelo de massa m=8,0kg desliza sobre rampa de madeira da figura a seguir, partindo do repouso, de uma altura h=1,8m.

    a) Se o atrito entre o gelo e a madeira fosse desprezvel, qual seria o valor da velocidade do bloco ao atingir o solo (ponto A da figura)? b) Entretanto, apesar de pequeno, o atrito entre o gelo e a madeira no desprezvel, de modo que o bloco de gelo e chega base da rampa com velocidade de 4,0m/s. Qual foi a energia dissipada pelo atrito? c) Qual a massa de gelo (a 0C) que seria fundida com esta energia? Considere o calor latente de fuso do gelo L=80cal/g e, para simplificar, adote 1cal=4,0J.

    CC AA PP TT UU LL OO XX

    FF OO RR AA EE MM TT RR AA JJ EE TT RR II AA

    CC II RR CC UU LL AA RR 1) Uma massa pontual se move, sob a influncia da gravidade e sem atrito, com velocidade angular w em um crculo a uma altura h 0 na superfcie interna de um cone que forma um ngulo com seu eixo central, como mostrado na figura. Qual a altura h da massa em relao ao vrtice do cone?

    2) A figura mostra o perfil JKLM de um tobog, cujo trecho KLM circular de centro em C e raio R=5,4m. Uma criana de 15kg inicia sua descida, a partir do repouso, de uma altura h=7,2m acima do plano horizontal que contm o centro C do trecho circular.

    Considere os atritos desprezveis e g=10m/s

    2.

    a) Calcule a velocidade com que a criana passa pelo ponto L. b) Determine a direo e o sentido da fora exercida pelo tobog sobre a criana no instante em que ela passa pelo ponto L e calcule seu mdulo. 3) A figura a seguir mostra um pndulo de peso P, preso a um fio inextensvel. O pndulo abandonado do ponto A,

    no qual o fio se encontra na horizontal, e se movimenta para baixo, passando pelo ponto B, que o ponto mais baixo da trajetria.

    Desprezando-se foras de resistncia, o valor da trao T no fio ao passar pelo ponto B : a) T = P b) T = 2P c) T = 3P d) T = P/3 4) A figura representa uma roda-gigante que gira com velocidade angular constante em torno do eixo horizontal fixo que passa por seu centro C.

    Numa das cadeiras h um passageiro, de 60kg de massa, sentado sobre uma balana de mola (dinammetro), cuja indicao varia de acordo com a posio do passageiro. No ponto mais alto da trajetria o dinammetro indica 234N e no ponto mais baixo indica 954N. Considere a variao do comprimento da mola desprezvel quando comparada ao raio da roda. Calcule o valor da acelerao local da gravidade. 5) Um caminho, com massa total de 10.000kg est percorrendo uma curva circular plana e horizontal a 72km/h (ou seja, 20m/s) quando encontra uma mancha de leo na pista e perde completamente a aderncia. O caminho encosta ento no muro lateral que acompanha a curva que o mantm em trajetria circular de raio igual a 90m. O coeficiente de atrito entre o caminho e o muro vale 0,3. Podemos afirmar que, ao encostar no muro, o caminho comea a perder velocidade razo de, aproximadamente. 6) Considere a Terra uma esfera homognea e que a acelerao da gravidade nos plos seja de 9,8m/s

    2. O

    nmero pelo qual seria preciso multiplicar a velocidade de rotao da Terra de modo que o peso de uma pessoa no Equador ficasse nulo : a) 4. b) 2. c) 3. d) 10. e) 17.

  • Exerccios Selecionados de Fsica 23

    7) A figura mostra o perfil de um trilho vertical JKLM cujo trecho KLM circular de centro em C e raio R.

    Um bloco de pequenas dimenses abandonado a uma altura h=R/2 acima do plano horizontal que contm o centro C e passa a deslizar sobre o trilho com atrito desprezvel. a) Determine a direo e o sentido da velocidade V do bloco no instante em que ele passa pelo ponto L e calcule seu mdulo em funo de R e da acelerao da gravidade g. b) Determine a direo e o sentido da resultante F das foras que atuam sobre o bloco no instante em que ele passa pelo ponto L (informando o ngulo que ela forma com a horizontal) e calcule seu mdulo em funo da massa m do bloco e da acelerao da gravidade g. 8) A figura a seguir representa um pndulo cnico, composto por uma pequena esfera de massa 0,10kg que gira presa por um fio muito leve e inextensvel, descrevendo crculos de 0,12m de raio num plano horizontal, localizado a 0,40m do ponto de suspenso. (Adote g =10 m/s

    2.)

    a) Represente graficamente, as foras que atuam sobre a esfera, nomeando-as. Determine o mdulo da resultante dessas foras. b) Determine o mdulo da velocidade linear da esfera e a freqncia do movimento circular por ela descrito. 9) As mquinas a vapor, que foram importantssimas na Revoluo Industrial, costumavam ter um engenhoso regulador da sua velocidade de rotao, como mostrado esquematicamente na figura adiante. As duas massas afastavam-se do eixo devido ao movimento angular e acionavam um dispositivo regulador da entrada de vapor, controlando assim a velocidade de rotao, sempre que o ngulo atingia 30. Considere hastes de massa desprezvel e comprimento L=0,2m, com massas m=0,18kg em suas pontas, d=0,1m e aproxime 3

    1/2=1,8.

    a) Faa um diagrama indicando as foras que atuam sobre uma das massas m. b) Calcule a velocidade angular W para a qual =30. 10) No pndulo representado na figura, o ngulo formado pelo fio de sustentao com a vertical oscila entre os

    valores extremos -mx e +mx. Assinale o grfico que melhor representa o mdulo da trao T exercida pelo fio de sustentao em funo do ngulo .

    11) Pistas com curvas de piso inclinado so projetadas para permitir que um automvel possa descrever uma curva com mais segurana, reduzindo as foras de atrito da estrada sobre ele. Para simplificar, considere o automvel como um ponto material.

    a) Suponha a situao mostrada na figura anterior, onde se representa um automvel descrevendo uma curva de raio R, com velocidade V tal que a estrada no exera foras de atrito sobre o automvel. Calcule o ngulo de inclinao da curva, em funo da acelerao da gravidade g e de V. b) Suponha agora que o automvel faa a curva de raio R, com uma velocidade maior do que V. Faa um diagrama representando por setas as foras que atuam sobre o automvel nessa situao. 12) Uma bolinha de gude de dimenses desprezveis abandonada, a partir do repouso, na borda de um hemisfrio oco e passa a deslizar, sem atrito, em seu interior.

    Calcule o ngulo entre o vetor-posio da bolinha em relao ao centro C e a vertical para o qual a fora resultante f sobre a bolinha horizontal. 13) Suponha que o cilindro possua massa igual a 40g, que o coeficiente de atrito esttico entre o disco e o cilindro seja 0,18, que a distncia do cilindro ao eixo valha 20cm e que a acelerao da gravidade seja de 10 m/s

    2. A mxima velocidade angular com que o

    disco pode girar, sem que o cilindro deslize, vale, em rad/s:

    a) 0,9 b) 1,0 c) 1,8 d) 2,0 e) 3,0

  • Exerccios Selecionados de Fsica 24

    14) Um trilho em forma de arco circular, contido em um plano vertical, est fixado num ponto A de um plano horizontal. O centro do arco est em um ponto O desse mesmo plano. O arco de 90 e tem raio R, como ilustra a figura 1. Um pequeno objeto lanado para cima, verticalmente, a partir da base A do trilho e desliza apoiado a ele, sem atrito, at o ponto B, onde escapa horizontalmente, caindo no ponto P do plano horizontal onde est fixado o trilho. A distncia do ponto P ao ponto A igual a 3R como ilustra a figura 2.

    Calcule o mdulo da velocidade inicial V0 com que o bloco foi lanado, em funo do raio R e da acelerao g da gravidade. 15) Uma caixa pendurada no teto de um nibus por meio de fios ideais presos a um dinammetro de massa desprezvel. A figura mostra esses objetos em equilbrio em relao ao nibus, enquanto ele est percorrendo um trecho circular de uma estrada horizontal, com velocidade de 72 km/h. Nessa situao, o dinammetro mostra que a tenso no fio 65 N.

    Sabendo que a massa da caixa 6,0 kg, calcule o raio da curva da estrada.

    PARA PENSAR UM POUCO MAIS...

    16) Um corpo de massa m e velocidade V0 a uma altura h desliza sem atrito sobre uma pista que termina em forma de semicircunferncia de raio r, conforme indicado na figura. Determine a razo entre as coordenadas x e y do ponto P na semicircunferncia, onde o corpo perde o contato com a pista. Considere a acelerao da gravidade g.

    17) Um objeto pontual de massa m desliza com velocidade inicial V, horizontal, do topo de uma esfera em repouso, de raio R. Ao escorregar pela superfcie, o objeto sofre uma fora de atrito de mdulo constante dado por f = 7mg/4. Para que o objeto se desprenda da superfcie esfrica aps percorrer um arco de 60 (veja figura), sua velocidade inicial deve ter o mdulo?

    18) Uma esfera de massa m abandonada na posio A de um plano inclinado e, a seguir entra em um trilho circular vertical de raio R. Determinar x para que a esfera, depois de abandonar o trilho, descreva uma trajetria que passe pelo centro C do trilho circular.

  • Exerccios Selecionados de Fsica 25

    CC AA PP TT UU LL OO XX II

    EE SS TT TT II CC AA 1) As figuras mostram uma ginasta olmpica que se sustenta em duas argolas presas por meio de duas cordas ideais a um suporte horizontal fixo; as cordas tm 2,0m de comprimento cada uma. Na posio ilustrada na figura 1 os fios so paralelos e verticais. Nesse caso, as tenses em ambos os fios valem T. Na posio ilustrada na figura 2, os fios esto inclinados, formando o mesmo ngulo com a vertical. Nesse caso, as tenses em ambos os fios valem T' e a distncia vertical de cada argola at o suporte horizontal h=1,80m, conforme indica a figura 2.

    Sabendo que a ginasta pesa 540N, calcule T e T'. 2) A figura mostra trs ginastas, dois homens e uma mulher, agrupados em forma de arco, com os homens de p sobre o piso horizontal sustentando a mulher. O homem da direita pesa 80kgf e a mulher pesa 70kgf. No instante focalizado todos eles esto em repouso.

    O mdulo da componente vertical da fora que o homem da direita (D) exerce sobre a mulher igual a 30kgf. a) Calculo o mdulo da componente vertical da fora que o homem da esquerda (E) exerce sobre a mulher. b) Calculo o mdulo da componente vertical da fora que o solo exerce sobre o homem da direita (D). 3) Um mesmo pacote pode ser carregado com cordas amarradas de vrias maneiras. A situao, dentre as apresentadas, em que as cordas esto sujeitas a maior tenso

    a) A b) B c) C d) D e) E

    4) Uma barra horizontal de massa desprezvel possui uma de suas extremidades articulada em uma parede vertical. A outra extremidade est presa parede por um fio que faz um ngulo de 45 com a horizontal e possui um corpo de 55 N pendurado. Qual o mdulo da fora normal parede, em newtons, que a articulao exerce sobre a barra?

    5) A forma de uma raquete de tnis pode ser esquematizada por um aro circular de raio R e massa m1, preso a um cabo de comprimento L e massa m2. Quando R = L/4 e m1 = m2, a distncia do centro de massa da raquete ao centro do aro circular vale: a) R/2 b) R c) 3R/2 d) 2R 6) Um atleta mantm-se suspenso em equilbrio, forando as mos contra duas paredes verticais, perpendiculares entre si, dispondo seu corpo simetricamente em relao ao canto e mantendo seus braos horizontalmente alinhados, como mostra a figura. Sendo m a massa do corpo do atleta e o coeficiente de atrito esttico interveniente, assinale a opo correta que indica o mdulo mnimo da fora exercida pelo atleta em cada parede.

    7) Um homem de massa m=80kg quer levantar um objeto usando uma alavanca rgida e leve. Os braos da alavanca tm 1,0 e 3,0m. a) Qual a maior massa que o homem consegue levantar usando a alavanca e o seu prprio peso? b) Neste caso, qual a fora exercida sobre a alavanca no ponto de apoio?

  • Exerccios Selecionados de Fsica 26

    8) A figura 1 mostra o brao de uma pessoa (na horizontal) que sustenta um bloco de 10kg em sua mo. Nela esto indicados os ossos mero e rdio (que se articulam no cotovelo) e o msculo bceps.

    A figura 2 mostra um modelo mecnico equivalente: uma barra horizontal articulada em O, em equilbrio, sustentando um bloco de 10kg. A articulao em O tal que a barra pode girar livremente, sem atrito, em torno de um eixo perpendicular ao plano da figura em O. Na figura 2 esto representados por segmentos orientados: - a fora F exercida pelo bceps sobre o osso rdio, que atua a 4cm da articulao O; - a fora f exercida pelo osso mero sobre a articulao O; - o peso p do sistema brao-mo, de massa igual a 2,3kg e aplicado em seu centro de massa, a 20cm da articulao O; - o peso P do bloco, cujo centro de massa se encontra a 35cm da articulao O. Calcule o mdulo da fora F exercida pelo bceps sobre o osso rdio, considerando g=10m/s

    2.

    9) A figura 1 mostra uma alavanca interfixa em equilbrio na horizontal. esquerda do ponto de apoio h um recipiente contendo gua. Observe que o recipiente possui uma canaleta, o que faz com que a superfcie livre da gua fique, no mximo, a uma altura h do fundo. direita, h um bloco de massa M, suspenso a uma distncia d do ponto de apoio. Introduz-se muito lentamente na gua uma esfera de cortia que, finalmente, flutua. Para que a alavanca permanea em equilbrio na horizontal, o bloco de massa M deve ser suspenso a uma distncia d' do ponto de apoio, como ilustra a figura 2.

    Verifique se d' > d, d' = d ou d' < d. Justifique sua resposta.

    10) O esquema a seguir representa um sistema composto por uma placa homognea (A) de seco reta uniforme, que sustenta um tijolo (B) em uma de suas extremidades e est suspensa por um fio (C).

    Considerando que a placa mede 3,0m de comprimento, tem peso de 30N, e que o tijolo pesa 20N, calcule: a) a que distncia do tijolo o fio deve estar amarrado, de modo que o sistema fique em equilbrio na horizontal; b) a fora de trao (T) no fio, se o sistema subir com acelerao de 2,0m/s

    2.

    11) Um jovem e sua namorada passeiam de carro por uma estrada e so surpreendidos por um furo num dos pneus. O jovem, que pesa 75kgf, pisa a extremidade de uma chave de roda, inclinada em relao horizontal, como mostra a figura 1, mas s consegue soltar o parafuso quando exerce sobre a chave uma fora igual a seu peso. A namorada do jovem, que pesa 51kgf, encaixa a mesma chave, mas na horizontal, em outro parafuso, e pisa a extremidade da chave, exercendo sobre ela uma fora igual a seu peso, como mostra a figura 2.

    Supondo que este segundo parafuso esteja to apertado quanto o primeiro, e levando em conta as distancias indicadas nas figuras, verifique se a moa consegue soltar esse segundo parafuso. Justifique sua resposta. 12) Um brinquedo que as mames utilizam para enfeitar quartos de crianas conhecido como "mobile". Considere o "mobile" de luas esquematizado na figura a seguir. As luas esto presas por meio de fios de massas desprezveis a trs barras horizontais, tambm de massas desprezveis. O conjunto todo est em equilbrio e suspenso num nico ponto A. Se a massa da lua 4 de 10g, ento a massa em quilogramas da lua 1 :

    a) 180. b) 80. c) 0,36. d) 0,18.

  • Exerccios Selecionados de Fsica 27

    PARA PENSAR UM POUCO MAIS...

    13) Considere um automvel de peso P, com trao nas rodas dianteiras, cujo centro de massa est em C, movimentando-se num plano horizontal. Considerando g = 10 m/s

    2, calcule a

    acelerao mxima que o automvel pode atingir, sendo o coeficiente de atrito entre os pneus e o piso igual a 0,75.

    14) A figura mostra uma barra homognea em

    equilbrio esttico encostada numa parede vertical livre de atritos e apoiada num piso horizontal spero. O coeficiente de atrito esttico entre a barra e o

    piso vale 0,5 e o ngulo entre a barra e a parede vertical.

    Calcule o valor mximo de para que a barra ainda permanea em equilbrio. 15) Um cilindro C de raio R e peso 2W colocado sobre dois semicilindros A e B de raio R e peso W, como ilustra a figura.

    O contato entre o cilindro e os semicilindros no tem atrito. O coeficiente de atrito entre o plano horizontal e a face plana dos semicilindros 0,5. Determine o valor mximo da distncia d entre os centros dos semicilindros A e B, para que exista equilbrio em todo o sistema. No permitido o contato do cilindro C com o plano horizontal.

    CC AA PP TT UU LL OO XX II II

    II MM PP UU LL SS OO EE QQ UU AA NN TT II DD AA DD EE DD EE

    MM OO VV II MM EE NN TT OO 1) Cada um dos quadrados mostrados na figura a seguir tem lado b e massa uniformemente distribuda. Determine as coordenadas (x , y) do centro de massa do sistema formado pelos quadrados.

    2) Numa placa retangular de 100cm x 200cm, so cortados setores circulares, todos de mesmo raio, resultado na pea mostrada na figura. A placa tem espessura uniforme e construda de um material homogneo. Determine, em centmetros, as coordenadas x e y, do centro de massa da pea.

    3) Os grficos a seguir representam as velocidades,

    em funo do tempo, de dois objetos esfricos homogneos idnticos, que colidem frontalmente. Se p a quantidade de movimento do sistema formado pelos dois objetos e E a energia cintica deste mesmo sistema, podemos afirmar que na coliso:

    a) p se conservou e E no se conservou. b) p se conservou e E se conservou. c) p no se conservou e E se conservou. d) p no se conservou e E no se conservou.

  • Exerccios Selecionados de Fsica 28

    4) Uma quantidade de barro de massa 2,0kg atirada de uma altura h=0,45m, com uma velocidade horizontal v=4m/s, em direo a um carrinho parado, de massa igual a 6,0kg, como mostra a figura adiante. Se todo o barro ficar grudado no carrinho no instante em que o atingir, o carrinho iniciar um movimento com velocidade, em m/s, igual a

    a) 3/4. b) 1. c) 5/4. d) 2. e) 3. 5) Um projtil de 450g disparado horizontalmente com velocidade 20

    1/2 m/s, contra um corpo de massa 0,45kg

    suspenso por um fio de 2m de comprimento. Em um choque perfeitamente elstico e frontal, o corpo sobe at uma altura h. Qual o ngulo mximo formado pelo fio com a vertical?

    a) 30 b) 45 c) 60 d) 75 e) 90 6) Uma lmina de material muito leve de massa m est em repouso sobre uma superfcie sem atrito. A extremidade esquerda da lmina est a 1cm de uma parede. Uma formiga considerada como um ponto, de massa m/5, est inicialmente em repouso sobre essa extremidade, como mostra a figura. A seguir, a formiga caminha para frente muito lentamente, sobre a lmina. A que distncia d da parede estar a formiga no momento em que a lmina tocar a parede?

    a) 2 cm. b) 3 cm. c) 4 cm. d) 5 cm. e) 6 cm. 7) A figura representa o grfico velocidade-tempo de uma coliso unidimensional entre dois carrinhos A e B.

    a) Qual o mdulo da razo entre a fora mdia que o carrinho A exerce sobre o carrinho B e a fora mdia que o carrinho B exerce sobre o carrinho A? Justifique sua resposta. b) Calcule a razo entre as massa mA e mB dos carrinhos. 8) Uma bola de pingue-pongue cai verticalmente e se choca, com velocidade V, com um anteparo plano, inclinado 45 com a horizontal. A velocidade V' da bola imediatamente aps o choque horizontal, como ilustra a figura:

    O peso da bola, o empuxo e a fora de resistncia do ar so desprezveis quando comparados fora mdia que o anteparo exerce sobre a bola durante o choque. Suponha | v | = | v' | = v. a) Determine a direo e o sentido da fora mdia exercida pelo anteparo sobre a esfera durante o choque, caracterizando-os pelo ngulo que ela forma com o anteparo. b) Calcule o mdulo dessa fora mdia em funo da massa m da esfera, do mdulo v de suas velocidades, tanto imediatamente antes quanto imediatamente aps o choque, e do tempo t que a bola permanece em contato com o anteparo. 9) A figura mostra uma mesa de bilhar sobre a qual encontram-se duas bolas de mesma massa. A bola (1) lanada em linha reta com uma velocidade v0 e vai se chocar frontalmente com a bola (2), que se encontra em repouso.

    Considere o choque perfeitamente elstico e despreze os atritos. Calcule, em funo de v0, as velocidades que as bolas (1) e (2) adquirem aps o choque. 10) Um carro A, de massa m, colide com um carro B, de mesma massa m que estava parado em um cruzamento. Na coliso os carros se engastam, saem juntos, arrastando

  • Exerccios Selecionados de Fsica 29

    os pneus no solo, e percorrem uma distncia d at atingirem o repouso, como ilustram as figuras a seguir.

    a) Calcule a razo EC'/EC entre a energia cintica do sistema constitudo pelos dois carros aps o choque (EC') e a energia cintica do carro A antes do choque (EC). b) Medindo a distncia d e o coeficiente de atrito de deslizamento entre os pneus e o solo, conhecendo o valor da acelerao da gravidade g e levando em considerao que os carros tinham a mesma massa m, a percia tcnica calculou o mdulo vA da velocidade do carro A antes da coliso. Calcule vA em funo de , d e g. 11) Uma esfera de massa igual a 100g est sobre uma superfcie horizontal sem atrito, e prende-se extremidade de uma mola de massa desprezvel e constante elstica igual a 9N/m. A outra extremidade da mola est presa a um suporte fixo, conforme mostra a figura (no alto, direita). Inicialmente a esfera encontra-se em repouso e a mola no seu comprimento natural. A esfera ento atingida por um pndulo de mesma massa que cai de uma altura igual a 0,5m. Suponha a coliso elstica e g=10m/s

    2.

    Calcule:

    a) as velocidades da esfera e do pndulo imediatamente aps a coliso; b) a compresso mxima da mola. 12) Em um parque de diverses, dois carrinhos eltricos idnticos, de massas iguais a 150kg, colidem frontalmente. As velocidades dos carrinhos imediatamente antes do choque so 5,0m/s e 3,0m/s.

    Calcule a mxima perda de energia cintica possvel do sistema, imediatamente aps a coliso.

    PARA PENSAR UM POUCO MAIS... 13) A figura a seguir mostra um hemisfrio co e liso, cujo plano equatorial mantido fixo na

    horizontal. Duas partculas de massas m1 e m2 so largadas no mesmo instante, de dois pontos diametralmente opostos, A e B, situados na borda do hemisfrio. As partculas chocam-se e, aps o choque, m1 sobe at uma altura h1 e m2 sobe at uma altura h2. Determine o coeficiente de restituio do choque. Sabe-se que h1= R/2 e h2=R/3, onde R o raio do hemisfrio.

    14) Quando solto na posio angular de 45 (mostrada na figura), um pndulo simples de massa m e comprimento L colide com um bloco de massa M.

    Aps a coliso, o bloco desliza sobre uma superfcie rugosa, cujo coeficiente de atrito dinmico igual a 0,3. Considere que aps a coliso, ao retornar, o pndulo alcance uma posio angular mxima de 30. Determine a distncia percorrida pelo bloco em funo de m, M e L.

    CC AA PP TT UU LL OO XX II II II

    GG RR AA VV II TT AA OO 1) Se um satlite que est em rbita da Terra dobrar a distncia que mantm entre ele e a Terra, ir dobrar o perodo de translao? 2) Se R o