Questões Sobre Queda Livre - Física - concurso

Considerando as condições da estratosfera, é correto afirmar que, durante a queda livre, o paraquedista Felix Baumgartner encontrou:

• A) uma temperatura em torno de 0°C e uma pressão muito alta.
• B) uma temperatura em torno de -50°C e uma pressão muito baixa.
• C) uma temperatura em torno de 50°C e uma pressão muito alta.
• D) uma temperatura em torno de 100°C e uma pressão muito baixa.

A resposta certa é B).

Além disso, é importante ressaltar que a falta de turbulência na estratosfera permitiu que o paraquedista alcançasse uma velocidade mais alta durante a queda livre, o que contribuiu para que ele quebrasse a barreira do som.

Atingir uma velocidade supersônica é um feito impressionante, pois exige um ambiente com pouca resistência ao movimento, como é o caso da estratosfera.

Portanto, é fundamental considerar as condições específicas da estratosfera para entender como o paraquedista Felix Baumgartner conseguiu realizar esse incrível feito.

Um corpo que cai a partir do repouso em queda livre no vácuo, depois de percorrer uma altura h, chega ao solo com velocidade v.

Abandonado do repouso, de uma altura 4h, o corpo atinge o solo com velocidade

• A)nula
• B)2v
• C)3v
• D)4v
• E)5v

Para resolver esse problema, é necessário lembrar que a aceleração de um objeto em queda livre é constante e igual a 9,8 m/s². Além disso, devemos utilizar a equação da queda livre, que relaciona a altura de queda, a velocidade inicial e a velocidade final do objeto.

Vamos analisar a situação: o corpo parte do repouso (v₀ = 0) e cai de uma altura h, atingindo o solo com velocidade v. Em seguida, o corpo é abandonado do repouso de uma altura 4h. Para encontrar a velocidade com que o corpo atinge o solo, devemos utilizar a equação da queda livre:

v² = v₀² + 2gh

No primeiro caso, em que o corpo cai de uma altura h, temos:

v² = 0² + 2gh

v = √(2gh)

Agora, no segundo caso, em que o corpo cai de uma altura 4h, temos:

v'² = 0² + 2g(4h)

v' = √(2g(4h))

Podemos simplificar a expressão acima:

v' = √(8gh)

v' = √(2 × 2gh)

v' = √2 × √(2gh)

v' = √2v

Portanto, a velocidade com que o corpo atinge o solo, após cair de uma altura 4h, é 2v.

Próximo à superfície da Terra, uma partícula de massa m foi usada nos quatro experimentos descritos a seguir:

1. Foi liberada em queda livre, a partir do repouso, de uma altura de 400 m.

2. Foi submetida a aceleração constante em movimento horizontal, unidimensional, a partir do repouso, e se deslocou 30 m em 2 s.

3. Foi submetida a um movimento circular uniforme em uma trajetória com raio de 20 cm e a uma velocidade tangencial de 2 m/s.

4. Desceu sobre um plano inclinado que faz um ângulo de 60° com a horizontal.

Desprezando-se os atritos nos quatro experimentos, o movimento com maior aceleração é o de número
Para determinar qual é o movimento com maior aceleração, é necessário analisar as acelerações presentes em cada experimento.No experimento 1, a partícula está em queda livre, portanto, a aceleração é a aceleração da gravidade (g), que é de aproximadamente 9,8 m/s².No experimento 2, a partícula está se movendo com aceleração constante, e como se deslocou 30 m em 2 s, podemos calcular a aceleração utilizando a fórmula: a = Δv / Δt, onde Δv é a variação da velocidade e Δt é a variação do tempo. Como a partícula partiu do repouso, a variação da velocidade é igual à velocidade final, que é de 30 m / 2 s = 15 m/s. Portanto, a aceleração é de 15 m/s / 2 s = 7,5 m/s².No experimento 3, a partícula está se movendo em um movimento circular uniforme, portanto, a aceleração é a aceleração centrípeta (ac), que é dada pela fórmula: ac = v² / r, onde v é a velocidade tangencial e r é o raio da trajetória. Substituindo os valores dados, temos: ac = (2 m/s)² / 0,2 m = 20 m/s².No experimento 4, a partícula está se movendo sobre um plano inclinado, portanto, a aceleração é a componente da aceleração da gravidade paralela ao plano inclinado, que é dada pela fórmula: a = g * sen(θ), onde θ é o ângulo de inclinação do plano. Substituindo os valores dados, temos: a = 9,8 m/s² * sen(60°) = 8,5 m/s².Comparando as acelerações calculadas, vemos que a aceleração maior é a do experimento 3, que é de 20 m/s².Portanto, a resposta correta é C) 3.

• A) 1.
• B) 2.
• C) 3.
• D) 4.

Uma pequena esfera é abandonada dentro de um tanque contendo etanol.

Se a viscosidade do etanol for considerada desprezível, qual é, aproximadamente, a aceleração de queda da esfera dentro desse tanque, em m.s ^-2 ?

Dados:
aceleração da gravidade = 10 m.s^-2
densidade da esfera = 10 g.cm^-3
densidade do etanol = 0,8 g.cm^-3

• A)7,3
• B)8,0
• C)9,2
• D)10
• E)13

Vamos utilizar a equação de Arquimedes para encontrar a resposta. A força exercida sobre a esfera é igual à diferença entre o peso da esfera e a força de empuxo do líquido. Como a viscosidade do etanol é desprezível, não há resistência ao movimento da esfera.

A força de empuxo (F_e) é dada pela equação:

F_e = ρ_etanol * V * g

Onde ρ_etanol é a densidade do etanol, V é o volume da esfera e g é a aceleração da gravidade.

O peso da esfera (F_p) é dado pela equação:

F_p = ρ_esfera * V * g

Onde ρ_esfera é a densidade da esfera.

A força resultante (F_r) é a diferença entre o peso e a força de empuxo:

F_r = F_p - F_e

F_r = ρ_esfera * V * g - ρ_etanol * V * g

F_r = (ρ_esfera - ρ_etanol) * V * g

Agora, podemos encontrar a aceleração da esfera (a) utilizando a segunda lei de Newton:

F_r = m * a

Onde m é a massa da esfera.

Como a massa da esfera é igual ao volume vezes a densidade da esfera, temos:

m = ρ_esfera * V

Substituindo na equação anterior, temos:

(ρ_esfera - ρ_etanol) * V * g = ρ_esfera * V * a

Dividindo ambos os lados pela densidade da esfera e pelo volume, temos:

a = g * (1 - ρ_etanol/ρ_esfera)

Substituindo os valores dados, temos:

a ≈ 10 * (1 - 0,8/10) m/s^-2

a ≈ 10 * (1 - 0,08) m/s^-2

a ≈ 10 * 0,92 m/s^-2

a ≈ 9,2 m/s^-2

Portanto, a resposta correta é C) 9,2.

Para resolver este problema, devemos considerar as informações fornecidas e aplicá-las às leis da física. Primeiramente, devemos lembrar que a pedra está caindo em um poço vazio, o que significa que não há resistência ao movimento. Além disso, como a pedra começa a cair a partir da borda externa do poço sem velocidade inicial, podemos aplicar a equação de movimento retilíneo uniformemente acelerado.

A equação de movimento retilíneo uniformemente acelerado é dada por:

y(t) = y0 + v0t + (1/2)gt²

Onde y(t) é a posição da pedra em função do tempo, y0 é a posição inicial, v0 é a velocidade inicial (que é zero, pois a pedra começa a cair a partir do repouso) e g é a aceleração da gravidade.

Como a pedra cai a partir da borda externa do poço, a posição inicial é igual à altura do poço, ou seja, y0 = h. Além disso, como a pedra cai em um poço vazio, a posição final é zero, ou seja, y(t) = 0.

Substituindo esses valores na equação de movimento, temos:

0 = h + (1/2)gt²

Agora, devemos considerar o tempo que a pedra leva para cair e o tempo que o som leva para chegar ao perito. O tempo que a pedra leva para cair é igual ao tempo que o perito cronometrou, ou seja, t. Já o tempo que o som leva para chegar ao perito é igual ao tempo que o som demora para percorrer a distância entre o fundo do poço e a borda externa do poço, ou seja, h/u.

Portanto, o tempo total é igual ao tempo que a pedra leva para cair mais o tempo que o som leva para chegar ao perito, ou seja, t + h/u.

Substituindo esse valor de t na equação de movimento, temos:

0 = h + (1/2)g(t + h/u)²

Expandido, isso se torna:

0 = h + (1/2)gt² + (1/2)gh²/u + gh/u

Agora, devemos reorganizar essa equação para que ela seja igual a zero, o que nos dará a expressão que estamos procurando. Fazendo isso, obtemos:

gh² – (2u² + 2ugt)h + t²gu² = 0

Essa é a alternativa D)!

Numa aula experimental de física, o professor, após discutir com seus alunos os movimentos dos corpos sob efeito da gravidade, estabelece a seguinte atividade:

Coloquem dentro de uma tampa de caixa de sapatos objetos de formas e pesos diversos: pedaço de papel amassado, pedaço de papel não amassado, pena, esfera de aço, e uma bolinha de algodão. Em seguida, posicionem a tampa horizontalmente a 2 metros de altura em relação ao solo, e a soltem deixando-a cair.

Com a execução da atividade proposta pelo professor, observando o que ocorreu, os alunos chegaram a algumas hipóteses:

I. A esfera de aço chegou primeiro no chão, por ser mais pesada que todos os outros objetos.

II. Depois da esfera de aço, o que chegou logo ao chão foi o pedaço de papel amassado, porque o ar não impediu o seu movimento, contrário ao que ocorreu com os outros objetos dispostos na tampa.

III. Todos os objetos chegaram igualmente ao chão, uma vez que a tampa da caixa impediu que o ar interferisse na queda.

IV. Os objetos chegaram ao chão, conforme a seguinte ordem: 1º- tampa da caixa e esfera de aço; 2º- pedaço de papel amassado; 3º- bolinha de algodão; 4º- pena e 5º- pedaço de papel não amassado.

Após analise das hipóteses acima apontadas pelos alunos, é correto afirmar que

• A)apenas II está correta.
• B)apenas I está correta.
• C)apenas III está correta.
• D)apenas IV está correta.
• E)estão corretas I e II.

que a resposta certa é a opção C) apenas III está correta. Isso ocorre porque a força da gravidade age igualmente sobre todos os objetos, independentemente de sua massa ou forma. Além disso, a tampa da caixa não impediu que o ar interferisse na queda dos objetos, mas sim a resistência do ar é insignificante em relação à força da gravidade.

É importante notar que a hipótese I está errada, pois a esfera de aço não chegou primeiro ao chão apenas por ser mais pesada. A hipótese II também está errada, pois o ar não interferiu significativamente na queda do pedaço de papel amassado. A hipótese IV está errada, pois não há uma ordem específica de chegada dos objetos ao chão.

Essa atividade experimental é muito útil para ilustrar o conceito de gravidade e como ela age igualmente sobre todos os objetos. Além disso, ajuda a desenvolver a habilidade dos alunos em observar, analisar e concluir sobre fenômenos físicos.

É importante que os professores de física realizem atividades experimentais como essa, para que os alunos possam aprender de forma mais interativa e prática. Além disso, essas atividades ajudam a desenvolver a curiosidade e o pensamento crítico dos alunos.