Dinâmica

Leis de Newton

Q-01) Em uma aula de Física, durante uma revisão sobre os conceitos fundamentais da mecânica clássica, o professor decidiu testar o entendimento dos alunos. Após relembrar as leis de Newton e outros princípios básicos da mecânica, ele fez as seguintes afirmações sobre o comportamento dos corpos sob a ação de forças para que os alunos as julgassem:

I. A lei da inércia afirma que, quando o corpo está em estado de equilíbrio, estático ou dinâmico, a força resultante sobre ele é nula.

II. O módulo da força resultante de duas forças, F₁ e F₂, é sempre o mesmo, independentemente da orientação entre F₁ e F₂.

III. De acordo com a terceira lei de Newton, as duas forças ação e reação podem-se anular quando atuam sobre o mesmo corpo.

Considerando as afirmações do professor, os alunos responderam acertadamente que está correto somente o que consta em

a) I.

b) I e II.

c) II e III.

d) III.

Q-02) Em seu projeto para uma feira de ciências, uma estudante decide reproduzir o experimento histórico de Joule sobre o “equivalente mecânico do calor”. Ela então monta o aparato esquematizado na figura abaixo. No experimento, a estudante deixa cair um bloco preso a uma corda que passa por uma roldana e cujo movimento faz girar pás que agitam o líquido contido em um calorímetro termicamente isolado.

Note e adote:

Aceleração da gravidade: g = 10 m/s².

Suponha que a corda seja inextensível e que a roldana tenha massa desprezível.

Despreze todos os atritos, exceto a resistência do líquido ao movimento das pás.

Despreze as dimensões do bloco.

a) O bloco, de massa igual a 5 kg, cai com velocidade praticamente constante. Qual é a força de tração na corda?

b) Suponha que o bloco caia até o chão, partindo de uma altura de 50 cm. Entre o início e o final da queda, determine o trabalho mecânico realizado pela força peso sobre o bloco e a variação da energia potencial gravitacional do sistema formado pelo bloco e pela Terra.

c) Suponha agora que o bloco seja substituído por outro e que, durante a queda desse novo bloco, a força peso atuando sobre ele realize um trabalho de módulo igual a 70 J. Suponha ainda que o líquido no calorímetro tenha massa de 10 kg, que seu calor específico seja de 2000 J kg^-1 K^-1 e que o termômetro utilizado pela estudante tenha precisão de 0,1 K. A estudante conseguirá medir a variação de temperatura do líquido provocada pela queda do bloco? Justifique a sua resposta.

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a) Pelo Princípio da Inércia, se o movimento é retilíneo e uniforme (MRU) a resultante das forças é nula. Assim:

 b)

Pelo Teorema da Energia Potencial:

c) Considerando que toda a energia dissipada na queda (70 J) seja transformada em calor pelo atrito, aplicando a equação do calor sensível, têm-se:

Como o valor obtido é menor que a precisão do termômetro  a estudante não conseguirá medir a variação de temperatura do líquido.  

Q-03) De maneira criativa, uma mercearia utiliza cordas e roldanas para expor 3 peças de salame, de 400 g cada, conforme a figura. 

Sabendo que a aceleração da gravidade local vale 10 m/s², os módulos das trações T₁, T₂ e T₃, nas cordas que sustentam as peças, são, respectivamente,

a) 4 N, 4 N e 4 N.

b) 2 N, 1 N e 4 N.

c) 4 N, 2 N e 2 N.

d) 4 N, 4 N e 2 N.

e) 2 N, 4 N e 1 N.

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Alternativa correta (A) – Em cada caso, agem na peça apenas o peso e a tração no fio. Como a peça está em equilíbrio a resultante dessas forças deve ser nula; assim, nos três casos, os módulos das trações têm a mesma intensidade do peso da peça de salame.