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

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11) Considere um satélite artificial que tenha o período de revolução igual ao período de rotação da Terra (satélite geossíncrono). É correto afirmar que um objeto de massa m dentro de um satélite desse tipo

A) fica sem peso, pois flutua dentro do satélite se ficar solto.
B) apresenta uma aceleração centrípeta que tem o mesmo módulo da aceleração gravitacional do satélite.
C) não sente nenhuma aceleração da gravidade, pois flutua dentro do satélite se ficar solto.
D) fica sem peso porque dentro do satélite não há atmosfera.
E) não apresenta força agindo sobre ele, uma vez que o satélite está estacionário em relação à Terra.

A alternativa correta é letra B

Vamos analisar cada uma das alternativas e verificar qual delas é a correta.

Alternativa A):
FALSO. Apesar de estar fora da Terra, o corpo ainda sente a gravidade terrestre. E assim temos o peso.

Alternativa C):
FALSO. Mesmo motivo da alternativa A).

Alternativa D):
FALSO. Mesmo motivo da alternativa A).

Alternativa E):
FALSO. Apesar de ter o mesmo referencial, as forças agindo são diferentes, o que implica em uma resultante.

Alternativa B):
CORRETA. A força centrípeta depende da velocidade e raio, e como estes são iguais em relação ao satélite, temos que a aceleração centrípeta do corpo é a mesma do satélite.

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12) Um automóvel tem massa de 1512 kg e velocidade inicial de 60 km/h. Quando os freios são acionados para produzir uma desaceleração constante, o carro para em 1,2 minutos. A força aplicada ao carro é igual, em Newtons, a:

A) 1260.
B) 25200.
C) 350.
D) 21000.
E) 750.

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A alternativa correta é letra C

Uma força pode acelerar ou desacelerar um objeto segundo a relação:

F = m.a (I)

onde F é a força, m a massa do objeto e a é o módulo da aceleração.

Um automóvel com velocidade de 60 km/h foi parado em 1,2 minutos. A que taxa sua velocidade foi diminuída até chegar ao zero? Dividindo a variação da velocidade pelo tempo gasto para a variação ocorrer, chega-se a resposta desta questão, que nada mais é do que a aceleração:

a = \frac{△ v}{△ t} = \frac{v_{f} - v_{i}}{△ t} = \frac{0 - 60 k m / h}{72 s e g u n d o s}

O raciocínio está legal, mas as unidades não colaboram, assim vamos converter a velocidade em m/s:

\frac{60.1000 m}{60.60 s} ≅ 16, 7 m / s

Em 72 segundos o carro parou:

a = \frac{16, 7 m / s}{72 s} ≅ 0, 23 m / s^{2}

A cada 1 segundo o carro perdeu 0,23 m/s de sua velocidade por ação de alguma força. Podemos calcular esta força utilizando a relação (I):

F = 1512 kg . 0,23 ≅ 350N

13) Considere o movimento de um veículo totalmente fechado, sobre uma estrada perfeitamente plana e horizontal. Nesse contexto, o solo constitui um sistema referencial inercial, e o campo gravitacional é considerado uniforme na região. Suponha que você se encontre sentado no interior desse veículo, sem poder observar nada do que acontece do lado de fora. Analise as seguintes afirmações relativas à situação descrita.

I) Se o movimento do veículo fosse retilíneo e uniforme, o resultado de qualquer experimento mecânico realizado no interior do veículo em movimento seria idêntico ao obtido no interior do veículo parado.

II) Se o movimento do veículo fosse acelerado para frente, você perceberia seu tronco se inclinado involuntariamente para trás

III) Se o movimento do veículo fosse acelerado para a direita, você perceberia seu tronco se inclinando involuntariamente para a esquerda.

Quais estão corretas?

A) apenas I.
B) apenas I e II.
C) apenas I e III.
D) apenas II e III.
E) I, II e II.

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A alternativa correta é letra E

As três afirmações estão corretas. Na afirmação I, ao estabelecer a condição de movimento retilíneo uniforme, entende-se que a soma das forças agindo sobre o veículo é igual a zero, ou seja, o carro encontra-se em equilíbrio dinâmico e a sensação em seu interior é idêntica a sensação em um carro parado. Na afirmação II o carro é acelerado, o corpo tende a ficar e o resultado pode ser interpretado como uma inclinação voluntária para trás. De fato, é o carro que empurra o corpo. Na afirmação III em que o carro vira à direita, o corpo tende a continuar sua trajetória em linha reta, o que o faz encontrar a lateral esquerda do veículo, gerando a impressão de que se está caindo para o lado oposto à curva.

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14) A figura representa um cilindro flutuando na superfície da água, preso ao fundo do recipiente por um fio tenso e inextensível.

Acrescenta-se aos poucos mais água ao recipiente, de forma que o seu nível suba gradativamente. Sendo E⇀o empuxo exercido pela água sobre o cilindro, T⇀ a tração exercida pelo fio sobre o cilindro, P⇀ o peso do cilindro e admitindo-se que o fio não se rompe, pode-se afirmar que, até que o cilindro fique completamente imerso,

A) o módulo de todas as forças que atuam sobre ele aumenta.
B) só o módulo do empuxo aumenta, o módulo das demais forças permanece constante.
C) os módulos do empuxo e da tração aumentam, mas a diferença entre eles permanece constante.
D) os módulos do empuxo e da tração aumentam, mas a soma deles permanece constante.
E) só o módulo do peso permanece constante; os módulos do empuxo e da tração diminuem.

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A alternativa correta é letra C

Este exercício exige o conhecimento das leis de Newton, especificamente força resultante

Conceito: força resultante é a soma vetorial de todas as forças envolvidas no problema.Vide (1)

Logo temos 3 forças existentes no problemas

\begin{array}{l} E = d v g (m o d u l o d o e m p u x o) \\ P = m g (m o d u l o d a f o r ç a p e s o) \\ (1) \vec{E} + \vec{P} + \vec{T} = 0 (c o r p o e m e q u i l i b r i o) \\ (2) T = E - P \end{array}

onde v=volume deslocado pelo corpo, d=densidade do líquido, g=constante da gravidade e m=massa do corpo.Sabendo-se que, a força de empuxo tem sentido vertical e direção pra cima , a força peso tem sentido vertical, mas com direção para baixo.E adotando a direção para cima como sentido positivo, chegamos na equação (2).

Logo o único valor que se altera é o volume deslocado pelo corpo, esse que aumenta a medida que aumenta o nível de água, com isso o empuxo aumenta, logo:

\begin{array}{l} (3) \frac{E}{v} = d g = c o n s \tan t e, v ↑ E ↑ \\ E - T = P = c o n s \tan t e, T ↑ E ↑ \end{array}

O aumento de v implica no aumento de E, pois esses são valores diretamente proporcional , vide(3), a tração aumenta, pois P=constante, com isso maior E maior a tração.

Logo temos a resposta "c"

15) Considere que uma baleia, durante sua “exibição”, permaneça em repouso por alguns segundos, com 1/5 do volume de seu corpo fora da água. Admitindo-se que a densidade da água do mar seja

1,00g/cm³, a densidade da baleia, nessa situação, vale, em g/cm³,

A) 0,10.
B) 0,20.
C) 0,50.
D) 0,80.
E) 1,20.

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A alternativa correta é letra D

Neste exercício primeiramente devemos analisar todas as forças que atuam sobre a baleia. Puxando-a para baixo temos a força gravitacional:

F_{g} = m_{Baleia} g

Mas, podemos escrever a massa da baleia em termos de sua densidade, que é o que queremos saber:

d_{Baleia} = \frac{m_{Baleia}}{V_{Baleia}} \to m_{Baleia} = d_{Baleia} V_{Baleia}

Substituindo na expressão da força teremos que:

F_{g} = d_{Baleia} V_{Baleia} g

Empurrando-a para cima temos o empuxo exercido devido ao deslocamento de agua provocado pelo volume submerso da baleia:

F_{Empuxo} = d_{Água} V_{Submerso} g

Como 1/5 da baleia fica fora d´agua, o volume submerso corresponderá à 4/5 do volume total da baleia, então:

F_{Empuxo} = d_{Água} \frac{4}{5} V_{Baleia} g

Como a Baleia está em repouso, a soma das forças que agem sobre a baleia deverá ser zero. Como o Empuxo a empurra para cima e o peso a puxa para baixo, teremos que:

\begin{array}{l} F_{Resultante} = F_{g} - F_{Empuxo} = 0 \\ F_{g} = F_{Empuxo} \end{array}

E, portanto, teremos que

\begin{array}{l} d_{Baleia} V_{Baleia} g = d_{Água} \frac{4}{5} V_{Baleia} g \\ d_{Baleia} = \frac{4}{5} d_{Água} \end{array}

Como a densidade da Água vale 1,00 g/cm³:

d_{Baleia} = 0, 80 g / {cm}^{3}

A alternativa correta é, portanto, a "D"

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16) Um homem arrasta uma cadeira sobre um piso plano, percorrendo em linha reta uma distância de 1 m. Durante todo o percurso, a força que ele exerce sobre a cadeira possui intensidade igual a 4 N e direção de 60° em relação ao piso. O gráfico que melhor representa o trabalho T, realizado por essa força ao longo de todo o deslocamento d, está indicado em:

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A alternativa correta é letra D

O trabalho é diretamente proporcional à distância d e, para o caso de forças constantes, como no caso do problema, é definido como

T = F × d × cos(x)

onde x é o ângulo entre a força e o deslocamento. Assim, como cos(60°) é 0.5, o produto (F × d × 0.5), já que a força é constante, será uma reta. O gráfico T vs d é uma reta. Portanto, a resposta correta é a alternativa D.

17) Quatro bolas são lançadas horizontalmente no espaço, a partir da borda de uma mesa que está sobre o solo. Veja na tabela abaixo algumas características dessas bolas.

A relação entre os tempos de queda de cada bola pode ser expressa como:

A) $t_{1} = t_{2} < t_{3} = t_{4}$
B) $t_{1} = t_{2} > t_{3} = t_{4}$
C) $t_{1} < t_{2} < t_{3} < t_{4}$
D) $t_{1} = t_{2} = t_{3} = t_{4}$

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A alternativa correta é letra D

Como as quatro bolas são lançadas no espaço não temos o ar, consequentemente não temos a resistência do ar, e com isso a única força que vai atuar em cada bola é a força peso da mesma, e como a aceleração é a mesma para todos os corpos, e como eles são lançados horizontalmente, todas as bolas levam o mesmo tempo para atingir o solo.

Alternativa D)

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18) Um corpo de peso 40 N é suspenso verticalmente por um fio que pode suportar no máximo tração de 100 N. Adotanto-se g = 10 m/s2, a máxima aceleração com que esse corpo pode ser puxado para cima pelo fio é de:

A) 60 m/s²
B) 30 m/s²
C) 15 m/s²
D) 10 m/s²
E) 7,5 m/s²

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A alternativa correta é letra C

Dado que o peso é de 40N e g = 10 m/s², temos que

P = m.g ⇒ 40 = m.10 ∴ m = 4 kg

Para atingirmos a tração máxima suportada pelo fio (100 N) devemos acelerá-lo para cima com uma força F de 60 N, complementada pelos 40 N do peso.

Temos:

F = m.a ⇒ 60 = 4.a ⇒ a = 15 m/s²

Portanto, a aceleração máxima aplicável seria de 15 m/s².

19) De posse de uma balança e de um dinamômetro (instrumento para medir forças), um estudante decide investigar a ação da força magnética de um ímã em forma de U sobre uma pequena barra de ferro. Inicialmente, distantes um do outro, o estudante coloca o ímã sobre uma balança e anota a indicação de sua massa. Em seguida, ainda distante do ímã, prende a barra ao dinamômetro e anota a indicação da força medida por ele. Finalmente, monta o sistema de tal forma que a barra de ferro, presa ao dinamômetro, interaja magneticamente com o ímã, ainda sobre a balança, como mostra a figura:

A balança registra, agora, uma massa menor do que a

registrada na situação anterior, e o dinamômetro registra

uma força equivalente à

A balança registra, agora, uma massa menor do que a

registrada na situação anterior, e o dinamômetro registra

uma força equivalente à

A) força peso da barra.
B) força magnética entre o ímã e a barra.
C) soma da força peso da barra com metade do valor da força magnética entre o ímã e a barra.
D) soma da força peso da barra com a força magnética entre o ímã e a barra.
E) soma das forças peso da barra e magnética entre o ímã e a barra, menos a força elástica da mola do dinamômetro.

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A alternativa correta é letra D

Pela lei de ação e reação, a força peso da barra, se equivale à força de tração da mola do dinamômetro, fazendo dela uma componente. Eliminado assim, as alternativas b) e e). A força de atração magnética exercida pelo imã, e outra componente da força resultante, eliminando, portanto, a alternativa a). Por fim, a alternativa d) é a correta.

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20) Se o deslocamento da caixa ocorre com aceleração constante, na mesma direção e sentido de Fp, as magnitudes das forças citadas apresentam a seguinte relação:

A) F_p = F_c = F_a
B) F_p > F_c = F_a
C) F_p = F_c> F_a
D) F_p = F_c < F_a

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A alternativa correta é letra C

Pela 3ª Lei de Newton, a força, em módulo, que o homem aplica na caixa é igual a força que a caixa aplica no homem. Como a caixa está em movimento com aceleração constante, temos que Fc = Fp é maior que a força de atrito, logo, a alternativa correta é a letra C.

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