2 Lista de exerccios Fsica II

Prof. Gilson Bispo Batista gilson@fisica.ufmt.br fisicalunar.blogspot.com.br

Aluno (a): RA:

Curso: semestre:

Questes

Aplicaes das Leis de Newton (Parte 2)

1*. Um corpo de massa 5,0 kg puxado verticalmente para cima por uma fora F, adquirindo uma acelera-o constante de intensidade igual a 2,0 m/s2, dirigida para cima. Adotando g = 10 m/s2e desprezando o efei-to do ar, determine a intensidade de F.

2*. Na Terra, um fio de cobre capaz de suportar, em uma de suas extremidades, massas suspensas de at 60 kg sem se romper. Considere a acelerao da gravida-de, na Terra, igual a 10 m/s2 e, na Lua, igual a 1,5 m/s2.a) Qual a intensidade da fora mxima que o fio pode-ria suportar na Lua?b) Qual a maior massa de um corpo suspenso por esse fio, na Lua, sem que ele se rompa?

3**. O bloco 1, de 4 kg, e o bloco 2, de 1 kg, repre-sentados na figura, esto justapostos e apoiados sobre uma superfcie plana e horizontal. Eles so acelerados pela fora horizontal F, de mdulo igual a 10 N, apli-cada ao bloco 1, e passam a deslizar sobre a superfcie com atrito desprezvel.

a) Determine a direo e o sentido da fora F12 exerci-da pelo bloco 1 sobre o bloco 2 e calcule seu mdulo.

b) Determine a direo e o sentido da fora F21 exerci-da pelo bloco 2 sobre o bloco 1 e calcule seu mdulo.

4**. Uma locomotiva puxa 3 vages de carga com uma acelerao de 2,0 m/s2. Cada vago tem 10 toneladas de massa. Qual a intensidade da fora de trao na barra de engate entre o primeiro e o segundo vages, em unidades de 103 N? (Despreze o atrito com os tri-lhos).

5**. Uma caminhonete de 2000 kg tenta resgatar um operrio a partir de um precipcio, usando um cabo inextensvel, que liga o veculo ao trabalhador, de massa 80 kg. Despreze o atrito na polia. Se o homem sobe com acelerao de 1 m/s2, responda:

Dado: acelerao da gravidade local g = 10 m/s.

a) Qual a fora que movimenta a caminhonete?b) O cabo suporta no mximo uma trao de 2000 N. Ser possvel o resgate com essa acelerao sem que ele arrebente?

* Fcil** Intermedirio*** Difcil

Nota

6**. No sistema representado pela figura a seguir, o atrito desprezvel, o fio e a polia so ideais e a mola M, de massa desprezvel, tem constante elsti-ca 200N/m. Quando o corpo B seguro, a fim de se manter o conjunto em equilbrio, a mola est defor-mada de _________________ e, depois de o corpo B ter sido abandonado, a deformao da mola ser de ______________.

Calcule as medidas que preenchem correta e respecti-vamente as lacunas.

7**. Um homem puxa um caixote de massa m = 2,0 kg com uma fora F que forma um ngulo com a horizontal, tal que cos = 0,60 e sen = 0,80. O caixote se move com velocidade constante e o coeficiente de atrito dinmico entre o caixote e o solo vale d = 0,50. Qual a intensidade da fora F? Dado: g = 10 m/s

8**. Um bloco de 6,0 kg sobe o plano inclinado da figura, sob a ao de uma fora externa paralela ao plano. O coeficiente de atrito entre o plano e o bloco

. Qual ser o valor da fora externa F, em newtons, para que o bloco esteja em movimento uniforme? Dado: g = 10 m/s

9***. Na figura temos: o fio AB inextensvel e horizontal, a massa do corpo 1 m1 = 5 kg, a massa do corpo 2 m2 = 10 kg, a mola tem constante elstica k = 1000 N/m, o coeficiente de atrito entre os corpos 1 e 2 e entre o corpo 2 e a pista horizontal = 0,1. Se a mola deformada de 10 cm, a acelerao adquirida pelo corpo 2 , em m/s2 (adotar a acelerao da gravidade g = 10 m/s).

10**. O bloco, inicialmente em repouso, representa-do na figura abaixo, tem massa 1,0 kg e est apoiado sobre uma mesa horizontal. Os coeficientes de atrito cintico e esttico entre o bloco e a mesa so, respecti-vamente, c = 0,35 e e = 0,4. Considerando g = 10 m/s, determine a acelerao do bloco quando ele em-purrado por uma fora horizontal F de intensidade:

a)F = 2,0 N b)F = 4,0 N c)F = 6,0 N

11**. Um bloco de 1,0 kg est sobre outro de 4,0 kg que repousa sobre uma mesa lisa. Os coeficientes de atrito esttico e cinemtico entre os blocos valem 0,60 e 0,40. A fora F aplicada ao bloco de 4,0kg de 25N e a acelerao da gravidade no local aproximadamen-te igual a 10m/s2. Calcule a fora de atrito que atua sobre o bloco de 4,0kg.

12***. 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, de-termine o valor do coeficiente de atrito 2.

Observe a figura

13**. No sistema mecnico da figura, os corpos de massas m1 = 8,0 kg e m2 = 4,0 kg, respectivamente. O fio que os une e a polia so ideais. O coeficiente de atrito entre o plano horizontal e o corpo m1 =0,5. A resistncia do ar desprezvel e, no local, a acelerao da gravidade g = 10m/s2. Uma fora F = 100 N apli-cada ao sistema como mostra a figura abaixo, fazendo com que ambos se desloquem com uma acelerao constante. Dados: cos = 0,8; sen = 0,6.

Determine:a) a acelerao do sistema;b) a trao no fio que liga os corpos.

14**. Uma fora F atua sobre um bloco de 1kg qual est apoiado sobre um plano inclinado de 30. Calcule o mdulo da fora F necessria para que o bloco suba o plano inclinado com velocidade constante. O coefi-

ciente de atrito dinmico 43= (g = 10m/s2). D a

resposta em newtons.

60

30

F

m

Fora de Arrasto e Velocidade terminal

15*. Explique:a) Fora de Arrastob) Velocidade terminalc) Movimento Circular Uniforme

16*. Demonstre:a) A equao que permite calcular a velocidade minima que o motoqueiro deve na posio mais alta do globo da morte.b) A equao da velocidade de um satlite equatorial rasante.c) A equao que permite calcular a fora de trao em um pndulo simples.

17*. O grfico a seguir descreve o deslocamento vertical y, para baixo, de um surfista areo de massa igual a 75 kg, em funo do tempo t. A origem y = 0, em t = 0, tomada na altura do salto. Nesse movimento, a fora R de resistncia do ar proporcional ao quadrado da velocidade v do surfista (R = kv2, onde k uma constante que depende principalmente da densidade do ar e da geometria do surfista). A velocidade inicial do surfista nula, cresce com o tempo, por aproximadamente 10 s, e tende para uma velocidade constante denominada velocidade limite (vL).Determine:

a) o valor da velocidade limite vL.b) o valor da constante k no SI.c) a acelerao do surfista quando sua velocidade a metade da velocidade limite.

18*. Uma caixa de papelo de base quadrada tem 0,2 kg de massa e cai com velocidade de 10 m/s constante devido resistncia do ar. A base mantm-se paralela ao solo durante a queda. Uma bala atravessa a caixa, horizontalmente, com velocidade constante, parale-lamente a uma de suas faces, deixando em paredes opostas dois furos com um desnvel vertical de 2 cm.

Dado: g = 10 m/s. a) Qual a intensidade da fora de resistncia do ar?b) Qual a velocidade da bala?

19*. Uma gota dgua cai no ar. A fora de resistncia do ar sobre a gota dgua proporcional velocidade da gota de acordo com o grfico a seguir:

Dado: g = 10 m/sUma gota de gua de 0,10 g passar a ter velocidade de queda constante quando tiver atingido a velocidade, em m/s, de? Calcule.

20**. A velocidade terminal de um skydiver (paraque-dista durante o salto livre no ar sem paraquedas) de 160 km/h na posio de vo de guia 310 km/h na posio de mergulho de cabea. Supondo que o co-eficiente de arrasto C deste mergulhador do ar no se modifique de uma posio para outra, encontre o razo entre a rea da seo transversal efetiva A na posio de menor velocidade e a rea correspondente posio mais rpida.

21**. Calcule a razo entre a fora de arrasto sobre um avio a jato voando a 1000 km/h em uma altitude de 10 km e a fora de arrasto sobre um avio de transpor-te voando com metade da velocidade e com metade da altitude. A densidade do ar igual a 0,38 kg/m3 a 10 km e igual a 0,67 kg/m3 a 5,0 km. Suponha que os avies possuem a mesma rea de seo transversal efetiva e o mesmo coeficiente de arrasto C.

Movimento Circular Uniforme

22*. O globo da morte uma atrao circense. O mo-tociclista deve imprimir certa velocidade moto para que ela no despenque ao fazer o percurso na parte superior do globo. Supondo que o globo tenha 4,9 m de raio e que g = 10 m/s, calcule o menor valor da velocidade da moto para que ela passe pela parte su-perior do globo sem cair.

23*. Um avio mergulha verticalmente com velocidade constante de 200 m/s. Na sada do mergulho, o avio descreve, no plano vertical, um arco de circunferncia de raio 500 m. Sabendo-se que a massa do piloto de 60 kg, qual o valor mximo da fora que o piloto exerce sobre o assento? Considere g = 10 m/s.

24**. Uma esfera metlica de massa 0,1 kg, presa extremidade de um fio leve e inextensvel de 1,0 m de comprimento, abandonado de certa altura e passa pelo ponto mais baixo da trajetria com velocidade de 2,0 m/s, como mostra a figura.

Determine, no ponto mais baixo da trajetria.Considere g = 10 m/s: a) o valor da fora centrpeta sobre a esfera; b) a tenso no fio.

25**. Numa calada de uma rua plana e horizontal, um patinador vira em uma esquina, descrevendo um arco de circunferncia de 3,0 m de raio. Admitindo-se g = 10 m/s2 e sabendo-se que o coeficiente de atrito esttico entre as rodas do patim e a calada e = 0,30. Calcule a mxima velocidade com que o patinador pode realizar a manobra sem derrapar.

26*. Um corpo de massa 10 kg percorre a trajetria ABC, mostrada em corte por um plano vertical. A ve-locidade do corpo constante 10 m/s.

Determinar a normal trocada entre o corpo e a pista nos seguintes casos:a) ao passar pelo ponto A. b) ao passar pelo ponto B. c) ao passar pelo ponto C.

27**. 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 raio de 40m numa estrada plana e horizontal, com velocidade constante de 72 km/h. Nessa situao, o dinammetro mostra que a tenso no fio 65 N.

Determine o ngulo formado entre o dinammetro e a direo vertical do nibus.

28*. Um disco de massa m = 0,5 kg desliza em um crculo de raio 20 cm sobre uma mesa sem atrito enquanto atarraxado a um cilindro de massa M = 2,5 kg suspenso por uma corda atravs de um buraco na mesa. Veja a Figura para maiores detalhes. Qual a velocidade do disco que mantm o cilindro em repouso?

29**. O limite de velocidade em determinada estrada era pequeno, 20 m/s, e, mesmo assim, uma de suas curvas, com raio de 80 m e calamento plano e horizontal, somava um grande nmero de acidentes por perda de aderncia dos pneus dos carros.

Dados: massa de um veculo = 1000 kg acelerao da gravidade = 10 m/s2a) Determine a intensidade da fora de atrito que um veculo, movendo-se com velocidade mxima, sofre lateralmente ao realizar essa curva.b) Uma reforma na estrada fez com que o calamento da curva ficasse sobrelevado em um ngulo de tal forma que, agora, um veculo movendo-se velocidade mxima, no precisasse contar com o atrito para realizar a curva.

Determine o valor da tangente desse ngulo.

30**. Uma criana pendura-se na extremidade livre de uma corda que tem a outra extremidade presa ao teto de uma sala de ginstica. Ela, ento, impulsiona-se e faz uma trajetria circular cujo dimetro 0,8 m. Se a velocidade tangencial da criana, cuja massa 40 kg, for 2,0 m/s, qual ser o ngulo que a corda faz com uma linha vertical perpendicular ao solo?(Considere a criana como uma partcula, a massa da corda desprezvel e a acelerao gravitacional igual 10 m/s2.)