Questões Sobre Leis de Newton - Física - 1º ano do ensino médio

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1) Os blocos A, B e C estão interligados por fios, considerados ideais e colocados sobre uma superfície plana e sem atrito. Se o bloco A é puxado horizontalmente por uma força de 60 N, determine a tração T1 (entre o bloco A e B) e T2 (entre os blocos B e C) em cada um dos fios. Dados mA = 3 Kg , mB = 2 Kg e mC = 1 Kg.

A) T₁ = 30 N, T₂ = 20 N.
B) T₁ = 20 N, T₂ = 10 N.
C) T₁ = 30 N, T₂ = 10 N.
D) T₁ = 60 N, T₂ = 20 N.
E) T₁ = 60 N, T₂ = 30 N.

A alternativa correta é letra C

Equacionando o sistema, teremos:

\begin{array}{l} F - T_{1} = m_{A} . a \\ T_{1} - T_{2} = m_{B} . a \\ T_{2} = m_{C} . a \end{array}

Somando os termos, teremos:

\begin{array}{l} F = (m_{A} + m_{B} + m_{C}) . a \\ a = \frac{60 N}{6} = 10 m / s^{2} \end{array}

Dessa forma, T₂ = 10 N e T₁ = 30 N, opção "C".

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2) Um homem de massa igual a 80 kg está em repouso e em equilíbrio sobre uma prancha rígida de 2,0 m de comprimento, cuja massa é muito menor que a do homem. A prancha está posicionada horizontalmente sobre dois apoios, A e B, em suas extremidades, e o homem está a 0,2 m da extremidade apoiada em A. A intensidade da força, em newtons, que a prancha exerce sobre o apoio A equivale a:

A) 200.
B) 360.
C) 400.
D) 720.

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A alternativa correta é letra D

Uma das condições para que o homem esteja em equilíbrio é que o somatório vetorial do momento das forças que atuam na barra em relação a um ponto seja igual a zero.
Escolhendo o ponto B como referência para o cálculo do momento, somente a força peso do homem (P) e a reação de A (RA) possuem momentos diferentes de zero, cada uma em um sentido (anti-horário e horário, respectivamente), logo seus módulos devem ser iguais a fim da soma vetorial ser zero.
Como o módulo do momento é calculado pelo produto da força perpendicular ao eixo pela distância ao ponto de referência, o módulo do momento da força peso do homem é igual ao produto do peso, produto da massa pela gravidade, 80 x 10 = 800 N pela distância ao ponto B, 2 – 0,2 = 1,8 metro.
Já o módulo do momento da reação em A é igual ao produto da intensidade de RA por 2 metros. Assim 800 x 1,8 = RAAx 2, logo RA = 720 N.

3) Suponha que um comerciante inescrupuloso aumente o valor assinalado pela sua balança, empurrando sorrateiramente o prato para baixo com uma força F→ de módulo 5,0 N, na direção e sentido indicados na figura.

Com essa prática, ele consegue fazer com que uma mercadoria de massa 1,5 kg seja medida por essa balança como se tivesse massa de

A) 3,0 kg.
B) 2,4 kg.
C) 2,1 kg.
D) 1,8 kg.
E) 1,7 kg.

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A alternativa correta é letra D

Sabe-se que a balança afere a força normal ao peso de determinado corpo, e por isso, apenas a componente vertical da força F, F_y, interfere no valor mostrado pela balança. Como o ângulo de F com a horizontal é de 37º, a componente F_y é dada por:

\begin{array}{l} F_{y} = F \cdot s e n 37 ° \\ F_{y} = 5 \cdot 0, 6 \\ F_{y} = 3 N \end{array}

A componente vertical Fy aumenta o valor do peso do corpo em 3 N. Como a força peso é dada por

P = m \cdot g \Rightarrow m = \frac{P}{g}

o aumento na massa aferida pela balança é de

m = \frac{3}{10} = 0, 3 k g

e, portanto, um corpo de massa 1,5 kg, nessa balança, apresentará o valor de 1,8 kg.

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4) Uma bola de tênis, de massa 60 g, se chocou com uma parede vertical. O gráfico representa a força, em função do tempo, exercida pela parede sobre a bola, no qual FM é o valor médio da força no intervalo de tempo entre 0 s e 0,02 s.

Sabendo que a velocidade da bola, imediatamente antes da colisão, era perpendicular à superfície da parede com valor 20 m/s e que, após a colisão, continua perpendicular à parede, é correto afirmar que a velocidade da bola, em m/s, imediatamente após a colisão foi

A) 24.
B) 20.
C) 18.
D) 38.
E) 15.

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A alternativa correta é letra C

Através da força média, podemos calcular qual aceleração média agiu sobre a bola. E assim, calcular sua velocidade final. A força média é dada: 114 N.
F_m = ma_m => a_m = F_m/m = (114 N)/(60 x 10^-3 kg) = 1900 m/s²
Agora, vamos calcular qual é a velocidade final da bola.
Sua velocidade inicial era de 20 m/s.

v = v₀ + at

Precisamos fazer uma rápida observação, note que quando a bola bate na parede, a força exercida sobre ela é contrária ao seu movimento, ou seja, suponha que a bolinha vem da esquerda para a direita e se choca com uma parede, a força vai ser em sentido para a esquerda. Vamos definir a direita como o +x, e a bola como dito acima vem da esquerda para a direita, ou seja, quando se chocar com a parede, sua aceleração vai ser para a esquerda, o -x. Logo, é uma acelerção negativa.
v = 20 m/s + (-1900)(0,02 s)
t é o tempo em que a acelerção durou.
v = -18 m/s
Nas respostas se ignoram o sinal da velocidade, em módulo a velocidade final é de 18 m/s.
Alternativa c)

5) No momento em que vai rechear um churro, o vendedor posiciona sua mão sobre o manete e aplica sobre ele uma força de 2 N, constante, de direção e sentido indicados no esquema, desenhado sobre uma malha quadriculada, cujas unidades têm dimensões 1 cm x 1 cm.

Se, devido a uma obstrução do canal de saída do recheio, o mecanismo não se move, desconsiderando-se as massas das alavancas e do manete, a intensidade da força que, nessa condição, o mecanismo aplica sobre o êmbolo, tem valor, em N, de

A) 4
B) 6
C) 8
D) 12
E) 16

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A alternativa correta é letra A

Para o sistema equilibrar-se, o somatório dos torques em relação ao ponto com a menor coordenada em Y (origem), devem ser iguais. Logo, aplica-se F₁.d₁=F₂.d₂(I). Sendo F1 a força aplicada pelo indivíduo no manete, F2 a força que o êmbolo aplica na alavanca, d1 o braço de alavanca da força F1 até a origem, e d2 o braço de alavanca da força F2 até a origem.

De (I), vem: 8x2=F₂x4=> F₂= 4N.

Resposta correta é a letra A.

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6) Uma pessoa puxa, por meio de uma corda horizontal, uma caixa que está sobre uma superfície lisa, plana e horizontal de uma pista de patinação no gelo, com atrito desprezível. Nessa situação consideramos que existem apenas três forças atuando sobre a caixa: 1) a força horizontal feita pela pessoa; 2) o peso da caixa na direção vertical e sentido para baixo; 3) a força de sustentação, na direção vertical e sentido para cima, feita pela pista sobre a caixa. Sobre essas forças que atuam na caixa, é CORRETO

A) a força de sustentação vertical e o peso têm o mesmo valor apenas quando a caixa está em repouso.
B) a força de sustentação vertical feita pela pista muda de acordo com o valor da velocidade da caixa.
C) a força feita pela pessoa não é mais necessária para que a caixa continue a se mover com velocidade constante.
D) a força feita pela pessoa sobre a caixa deve ser maior do que o peso da caixa para que esta inicie o movimento.

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A alternativa correta é letra C

Vamos analisar cada uma das alternativas para verificar sua veracidade.

A alternativa A) diz respeito as forças verticais do sistema, se essas forças fossem diferentes em algum momento, teríamos uma força resultante vertical agindo na caixa, o que não é verdade, pois se isso ocorre teríamos que a caixa ou estaria se elevando, ou então pressionado o chão. Além do mais, lembre-se que a força normal é uma força originária da ação e reação, e assim, neste tipo de situação seu valor deve ser igual ao da força Peso, já que é uma resposta do solo ao ser pressionado pela força Peso da caixa.
FALSA

A alternativa B) pode ser respondida dentro do que foi discutido acima, a força normal nesta situação não varia, além do mais, o movimento da caixa não influencia de modo algum nas forças verticais.
FALSA

A alternativa D) pode ser descartada, pois esta apresenta uma certa característica da força de atrito, que pode ser descartada, com base no enunciado.
FALSA

E por fim, a alternativa correta é a C). A partir do momento em que a caixa é posta em movimento, e ao desconsiderar o atrito, não precisamos mais de uma força para manter o corpo em movimento, visto que pela primeira Lei de Newton, um corpo tende em permanecer em movimento retilíneo e uniforme, a menos que aja uma força resultante sobre ele.

Alternativa C)

7)

A) 125 N.
B) 120 N.
C) 100 N.
D) 80 N.
E) 75 N.

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A alternativa correta é letra D

Para resolver este exercício basta desenhar as componentes da força sobre a balança, isso estaá exemplificado no desenho abaixo:

O valor registrado na balança é devido a componente da força peso representada pela linha tracejada, logo temos:

\begin{array}{l} \cos Θ = \frac{4}{5} \Rightarrow \\ P_{b} = P \cos Θ = 100 . \frac{4}{5} = 80 N \end{array}

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8) Na figura está representado um lustre pendurado no teto de uma sala.

Nessa situação, considere as seguintes forças:
I. O peso do lustre, exercido pela Terra, aplicado no centro de gravidade do lustre.
II. A tração que sustenta o lustre, aplicada no ponto em que o lustre se prende ao fio.
III. A tração exercida pelo fio no teto da sala, aplicada no ponto em que o fio se prende ao teto.
IV. A força que o teto exerce no fio, aplicada no ponto em que o fio se prende ao teto.

Dessas forças, quais configuram um par ação-reação, de acordo com a Terceira Lei de Newton?

A) I e II.
B) II e III.
C) III e IV.
D) I e III.
E) II e IV.

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A alternativa correta é letra C

A Terceira Lei de Newton, Lei da Ação e Reação, determina que se um corpo A exerce uma força contra o corpo B, o corpo B exercerá uma força sobre o corpo A de mesmo módulo e direção e sentido contrário.

Analisando-se as afirmações, uma a uma:

I. O peso do lustre, exercido pela Terra, aplicado no centro de gravidade do lustre, tem como reação uma força exercida pelo centro de gravidade do lustre aplicada na Terra.

II. A tração exercida pelo fio e aplicada no lustre, no ponto em que o lustre se prende ao fio, tem como reação uma força exercida pelo lustre aplicada no fio, no mesmo ponto.

III. A tração exercida pelo fio no teto da sala, no ponto em que o fio se prende ao teto, tem como reação uma força exercida pelo teto no fio, no mesmo ponto.

Portanto, as afirmações III e IV configuram um par ação-reação, o que leva à alternativa C.

9) Para uma partícula em movimento circular uniforme, é incorreto afirmar que:

A) A sua aceleração é zero.
B) O módulo da força que atua na partícula é proporcional ao quadrado de sua velocidade.
C) A força que atua na partícula está dirigida para o centro da circunferência.
D) A aceleração em cada ponto é perpendicular à velocidade em cada ponto.
E) A velocidade em cada ponto é perpendicular ao raio da circunferência em cada ponto.

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A alternativa correta é letra A

Um movimento circular uniforme é aquele que apresenta velocidade angular constante e, dessa forma, considerando-se uma trajetória circular, apresentará velocidade tangencial também constante.

Como toda partícula em uma trajetória circular está sujeita a uma aceleração centrípeta, dirigida para o centro da circunferência, dada por:

|\vec{a}| = \frac{{|\vec{v}|}^{2}}{|\vec{r}|}

onde v é a velocidade tangencial e r o raio da trajetória, podemos afirmar que a opção "A" é uma afirmação incorreta, pois sua aceleração será diferente de zero.

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10) Antes de o automóvel iniciar a frenagem, pode-se afirmar que a intensidade da resultante das forças horizontais que atuavam sobre ele era

A) nula, pois não havia forças atuando sobre o automóvel.
B) nula, pois a força aplicada pelo motor e a força de atrito resultante atuavam em sentidos opostos com intensidades iguais.
C) maior do que zero, pois a força aplicada pelo motor e a força de atrito resultante atuavam em sentidos opostos, sendo a força aplicada pelo motor a de maior intensidade.
D) maior do que zero, pois a força aplicada pelo motor e a força de atrito resultante atuavam no mesmo sentido com intensidades iguais.
E) menor do que zero, pois a força aplicada pelo motor e a força de atrito resultante atuavam em sentidos opostos, sendo a força de atrito a de maior intensidade.

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A alternativa correta é letra B

Da informação que a velocidade era constante, o que podemos concluir é que não havia aceleração, ou seja, a resultante era nula. Mas, de fato há o atrito, que resiste ao movimento, e o motor faz uma força no veículo para que ele continue se movendo. Se o atrito age contra o movimento, ele deve estar orientado para o lado oposto do movimento, e o motor, preza em manter o movimento no mesmo sentido, o que implica que eles estão agindo em sentidos opostos, e para a resultante ser nula, eles devem ser iguais em módulo.
Logo, a alternativa correta é a b).

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