energia

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  INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CARATINGA Trabalho Energia Curso: Engenharia Civil Disciplina: F undamentos de Física Professor: Robson da Silva

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INSTITUTO TECNOLOGICO DE CARATINGA

Curso: Engenharia Civil

Disciplina: Fundamentos de Fisica

Professor: Robson da Silva

Trabalho Energia

332 U m ponto m ate ria l de m assa 0 ,5 kg e la nc ad o d o

so lo v ertica lm en te p ara c im a co m v elo cid ad e d e

/'i 12 m /s. D esp rezando a resistenc ia do ar e ado -

tando g = 10 m /s ', calcu le a a ltu ra m axim a, em

relacao ao so lo , que 0 p on to m a te ria l a lc an ca .

7, 2 m

333 D o alto de um a torre de 61 ,6 m de a ltu ra, lan~ a-

se verticalm en te para ba ixo um corpo com

veloc idade de 8 m /s. C alcu le a ve lo cidade com

que 0 c or po a tin g e 0 so lo . A dm ita g = 1 0 m /s'.

36 m /s

334 Um corpo de m assa 2 kg e lancado do so lo

vertica l mente . p ara c im a com veloc idade de

50 m /s. S ab en do que , dev id o ao a trito com 0 ar ,

o corpo d issipa 100 J de energ ia sob form a de

calo r, de te rm ine a altu ra m axim a a ting id a pe lo

corpo . A do te g = 10 m/s ' , 1 20 m

335 (F aap-SP ) Um a bola de borracha com m assa

m = 2 ,0 kg e a ban do nad a e m re po uso a altura

h = 5 ,0 m ,c ain do so bre 0 s ol o. A e ne rg ia p er di da

n o c ho qu e e E = 20 J . C alc ule a a ltu ra a tin gid a

p ela bo la dep ois d o ch oqu e.

C o ns id ere g = 1 0 m /s '. 4m

336 U m pendu lo de m assa 1 kg e levado a p os ic ao h o -y rizon tal e en tao aband onado . S abendo q ue 0 fi o

\ tem um com prim ento de 0 ,8 m eg = 1 0 m /s ',

calcu le a v eloc id ad e do p en du lo quand o passa r

p el a p os ic ao d e a ltu ra m in im a . 4 m /s

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337 Numa prova de saito com vara, urn atleta de

60 kg de m assa desenvolve um a velocidade de

1 0 m /s para saltar. Considerando que toda a

e ne rg ia c in etic a d ese nv olv id a e u tiliz ad a n o sa ito ,

calcu le a m aio r altu ra que 0 a tl eta p od e t e o r i c a -m ente atingir. A dote g = 10 m/s ' . 5 m

331 N o e sc orre ga do r m ostra do n a fig ura , u ma c ria nc a

com 30 kg de massa, partindo do repouso em A ,

desliza ate B . D esprezando as perdas de energia

e adm itindo g = 10 m/s ' , c alc ule a v elo cid ad e d a

c r i a n c a ao chegar a B . 8 m /s

/

A ._

3,2m

B

339 (U FG O) A figura representa a seccao vertical de

u ma su pe rfic ie se m a trito .

V

Calcule 0 valo r da velocidade do corp o de m assa m

ao p a s s a r p elo p onto D . 0 corpo e a ba nd on ad o n o

ponto A . Dados: m = 20 kg, g = 10 rn/s ' e

h eI i l m . lOws

340 Com que velocidade a esfera deve passar pelo

ponto A para chegar a B com velocidade de

2 .gm/s? Sabe-se que no percurso AB houve

uma perda de energia rnecanica de 20% e

g = 10 mN. lom /~

341 Urn carrinho de m assa igual a 2 kg move-se ao

lo ng o d e u rn trilh o c ujo p erfil e sta re prese nta do n a

figura a seguir, passando pelo ponto P com

v elo cid ad e v .

Q ual deve ser 0 valo r m inim o de v, em m/ s , para

que 0 c arr in ho a tin ja 0 ponto Q ? C onsidere

d espreziveis todo s os atritos e ad ote g = 10 m/s ' .

10 m /s

5,Om

- - - - - - - - - 1 - - - - - - - - -2,Om Q------ --------------_.

2 (U FU -M G ) U rn carro de m ontanh a-ru ssa, d e m as-

sa m = 2 kg, desliza sem atrito ao longo do trilho

AB CD m ostrado na figura abaixo. Em A , a ene r -

g ia potencial do carro , em r e l a c a o a urn n i v e l de

r e f e r e n c i a passando pelo s pon tos B eD , vale

8 4 J e sua energia cinetica, em B , vale 100 J .Suponha que ele possa ser considerado um a par-

ticula e que perrnaneca sem pre sobre 0 trilho.

A

c

D

Calcule:a) a energ ia m ecanica total do carro , em C ; 10 0 J

b) a energ ia cinetica do carro , em A ; 16 J

c) 0 t ra ba lh o t ot al r ea li za do s ob re 0carro entre os

pontos A e D . 84J

343 (Fuves t-SP) 0 grafico representa a velocid ade

escalar, em funcao do tem po , de urn carrinho de

m o n t a n h a - r u s s a com m assa de 200 kg .

v(m/s) 115

10

5

t (5 )

N o instante t = 15 s, 0 carrinho cheg a ao nivel d o

s ol o . D e s pr ez e 0 atrito e consid ere g = 10 m/s"

Calcu le: '--

a) 0 trabalho realizado pela forca da g ravid ad e

entre os instantes t = 5 set = 15 s, 12500 J

b) a altura de que partiu 0 carrinho. 11 .25 m

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344 (F G V-S P)N a fig ura , t em -se u m a m ola , d e m assa

d e sp re ziv e l e c o ns ta n te e la st ic a 2 0 0 N /m , c ompr i-

m ida 20 em en tre um a p are de e ur n c a rr in h o d e

2 ,0 k g.

Quando 0 carr inho e so lto , to da a e ne rg ia m ec a-

n ica da m ola e t ra n sfe rid a a e le . D e sp re za n do 0

a t ri to , de t erm i ne:

a ) n as c on dic oe s in dic ad as n a fig ura , 0 m a io r v a-

lor d a [o rca qu e a m ola ex erce na pared e; 40 N

b ) a velocidade com que 0 c arrin ho s e d eslo ca

q ua nd o se d esp re nd e d a m o la . 2 m /s

345 Um corpo de 2 kg e em purrad o con tra u mamo la d e c o ns ta n te e la stic a k = 5 00 N /m , co mp ri-

\ m indo-a 20 ern .

~~\\\~\JE le e Iibertado e a m ola 0 p ro je ta a o lo ng o d e

um a s up e rfi cie li sa e h o riz o nta l q u e t erm i na n um a

ram pa in clin ad a, c on fo rm e in dic a a fig ura . D a do

9 = 1 0 m /s" , ca lcu le a a ltu ra m a x im a a tin g id a

p elo c orp o n a ra mp a. 0, 5 m

346 Abandonado do to po de um a superf ic ie

sem ic ilindrica e sem atrito , um cuba de gelo

d esliz a p ara a fre nte e p ara tras e ntre o s p o nto s A

.~ e B . A m assa do cuba e 12 g e 0 ra io do

semici l indro e 8 0 em . D e te rm in e:

a) a velocidade do cubo ao passar po r C ; 4 m /s

b ) a re ac ao n orm al d o a po io so bre 0 c ub a d e g elo

no pon to C . 0 ,36 N

A B-------~-------

/

/

cf/~//

/

/

347 (Faap-SP) 0 esquem a representa um a pistaA B C D p erte nc en te a u m p la no v ertic al; 0 t recho

B CD e c ir cu la r c om c en tr o o . Em :A , a b an d on a -

se um a particu la com m assa m = 2,0 kg, que

d esliz a p ela p ista se m a trito . C alc ule a re ac ao d a

p ista sob re a particula no ponto C . C onsidere

g = 1 0 m /s ". 60 N

\. A

/\\

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71. (Vunesp-SP) Um pequeno bloco de massa m e co-

locado sobre um disco girat6rio, plano e horizontal,

inicialmente em repouso, a uma distancia R do eixo

do disco. 0 disco e entao posto a girar com peque-

na aceleracao angular, ate que sua velocidade an-

gular atinja um certo valor 0 0. A partir deste valor de

velocidade angular, 0 bloco corneca a deslizar sobre

o disco. Representando por 9 a aceleracao da gra-

vidade, e considerando 0 instante em que 0 bloco

esta prestes a desl izar sobre 0 disco:

a) determine, em funcao desses dados, 0 m6dulo

da torca centrfpeta Fe que atua sobre 0 bloco;

b) calcule, em funcao desses dados, 0 coeficiente

de atrito estatico u, entre 0 bloco e 0 disco.

T r a b a l h o e e n e r g i a

72. (U.E. Londrina) Um objeto de 2,0 kg cai da janela de

um apartamento ate uma laje que ssta 4,0 m abaixo

do ponto de infcio da queda. Se a acoleracao da

gravidade for 9,8 rn/s", 0 trabalho realizado pela for-ca gravitacional sera:

a ) -4,9 J c) -39,2 J e ) 156,8 J

b) 19,6 J d) 78,4 J

73. (UF-RS) Para um dado observador, dois objetos A e

B, de massas iguais, movendo-se com velocidades

constantes de 20 km/h e 30 km/h, respectivamente.

E APara 0 mesmo observador, qual a razao Entre

8

as energias cineticas desses objetos?

a ) J. . b)"±' c) 1 .. d) 1 ..3 9 3 2

e ) _ g _4

74. (Vunesp-SP) No Sistema Internacional de Unidadesa medida da grandeza ffsica trabalho pode ser ex-

pressa em joules ou por:

a) kg· m . S-l c) kg· m-2 . S-2 e) kg· m-2• S2

b) kg· m . S-2 d) kg· m2 • S-2

75. (Unicamp-SP) Sob a acao de uma torca constante,

um corpo de massa m =4,0 kg adquire, a partir do

repouso, a velocidade de 10m/s.

a) Qual e 0 trabalho realizado por essa forca?

b) Se 0 corpo se deslocou 25 m, qual 0 valor da for-

ca aplicada?

76. (Vunesp-SP) Na figura,

sob a acao da torca deintensidade F = 2 N,

constante, paralela ao

plano, 0 bloco percorre _"'_.l.l.\Oi~

0,8 m ao longo do pIa-

no com velocidade constante. Admite-se 9 = 10m/s2 ,

despreza-se 0 atrito.

Determine:

a) a massa do bloco;

b) 0 trabalho realizado pelo peso do bloco, nesse

percurso.

vesuuurar

77. (UF-PE) Uma torca de 3,0 N e outra de 4,0 N sao

aplicadas simultaneamente em um objeto de 2,5 kg,

inicialmente em repouso. As duas torcas formam

entre si um anqulo de 90° e atuam durante 3,0 s.

Qual 0 trabalho total, em joules, realizado por es-

sas torcas?

78. (U.E. Londrina-PR) Um pendulo e constitufdo de

uma esfera de massa 2,0 kg, presa a um fio de mas-

sa desprezfvel e comprimento 2,0 m, que pende do

teto conforme figura a seguir. 0 pendulo oscila for-

mando um anqulo maximo de 60° com a vertical.

. . . . .,-,\1 I, . _ -

/

Nessas condicoes, 0 trabalho realizado pela torca

de tracao, que 0 fio exerce sobre a esfera, entre aposicao mais baixa e alta, em joules, vale:

a) 20 d) -10

b) 10 ~ -20

c) zero

79. (UF-ES) Um objeto de massa igual a 2,0 kg, inicial-

mente em repouso, percorre uma distancia igual a

8,0 m em uma superffcie horizontal sem atrito, sob

a acao de uma torca constante, tambern horizontal,

igual a 4,0 N. A variacao da energia cinetica do ob-

jeto e:

a ) 4,0 J d) 32,0 J

b) 8,0 J e ) 64,0 J

c) 16,0 J

80. (Vunesp-SP) Conta-se que Newton teria descober-

to a lei da gravi ta<;:aoao Ihe cair uma maca na cabe-

ca. Suponha que Newton tivesse 1,70 m de altura

e se encontrasse em pe e que a maca, de massa

0,20 kg, tivesse se soltado, a partir do repouso, de

uma altura de 3,00 m do solo. Admitindo 9 = 10 rn/s"

e desprezando-se a resistencia do ar, pode-se afir-

mar que a energia cinetlca da maca, ao atingir a ca-

beca de Newton, seria, em joules, de:

a ) 0,60 c) 2,60 e ) 9,40

b) 2,00 d) 6,00

81. (UF-RS) Um objeto em forma de bloco, partindo do

repouso, desliza ao longo de um plano inclinado de

comprimento L, l ivre de qualquer atrito. Que distan-

cia percorre 0 bloco sobre 0 plano inclinado ate ad-

quirir a metade da energia cinetica que tera no final

do plano?

a) _ ! : _4

b) L(.J2 - 1)

e ) (3L)

4c) L

2

Ld) .J2

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82. (Fuvest-SP) Uma crianca estava no chao. Foi en-

tao levantada por sua mae, que a colocou em um

escorregador a uma altura de 2,0 m em relacao ao

solo. Partindo do repouso, a crianca deslizou e

chegou novamente ao chao com velocidade igual a

4 m/s . Sendo To trabalho realizado pela mae ao

suspender 0 filho, e sendo a aceleracao da gravida-

de 9 = 10 rn/s", a energia dissipada por atrito, ao es-

corregar, e aproximadamente igual a:

a) 0,1 T b) 0,2T c) 0,6T d) 0,9T e) 1,OT

83. (U.E. Londrina-PR) 0 qrafico representa 0 valor a t-

gebrico da torca resultante F que age sobre um cor-

po de massa 5,0 kg, inicialmente em repouso, em

tuncao da abscissa x.

F (N)

10

o 2,0 4,0 x

o trabalho realizado por F , no deslocamento de x = 0

ate x = 4,0 m, em joules, vale:

a) zero b) 10 c) 20 d) 30 e) 40

84. (U. E. Londrina-PR) Um corpo de massa m = 0,50 kg

desl iza por uma pista inclinada, pass ando pelo pon-

to A com velocidade V A = 2,0 rn/s e pelo ponto B

com velocidade VB = 6,0 m/s . Adote 9 = 10 rn/s",

A

B

Considerando tambern a figura, 0 trabalho realizado

pela torca de atrito no deslocamento de A para B,

vale, em joules:

a) 8,0 b) 7,0 c) -4,0 d) -7,0 e) -8,0

85. (Fuvest-SP) Um jovem escorrega por um tobcqa

aquatico, com uma rampa retiifnea, de comprimen-

to L, como na figura, podendo 0 atrito ser despreza-

do. Partindo do alto, sem impulso, ele chega ao final

da rampa com uma velocidade de cerca de 6 m/s .

Para que essa velocidade passe a ser de 12 mIs ,

mantendo-se a lnclinacao da rampa, sera necessa-

rio que 0 comprimento dessa rampa passe a ser

aproximadamente de:

a)..!:._ b) L c) 1,4L d) 2L e) 4L2

438

86. (UF-PB) Ao realizar sua exiblcao em uma pista em

forma de U e que tem uma altura de 5 m, um skatista

desce por um dos lados e atinge uma velocidade de

10 m /s no ponto P, que esta a uma altura de 1 m do

fundo da pista.

· - - - - - - t ~

~ }mSendo desprezfveis 0 atrito com 0 solo e a resisten-

cia do ar, 0 skatista, ao subir pelo outre lade da pis-

ta, consegue ultrapassar 0 topo dessa pista por uma

altura maxima H igual a (g = 10 rn/s"):

~5m ~3m ~1m

b) 4 m d) 2 m

87. (Unicamp-SP) Um carrinho da massa m = 300 kg

percorre uma montariha-russa cujo trecho BCD e

um arco de circunterencia de raio R = 5,4 m, con-

forme a figura abaixo.

A velocidade do carrinho no ponto A e VA = 12 m/s .

Considerando 9 = 10 rn/s" e desprezando 0 atrito,

calcule:

a) a velocidade do carrinho no ponto C;

b) a aceleracao do carrinho no ponto C;

c) a torca feita pelos trilhos sobre 0 carrinho no

ponto C.

88. (UF-MG) Na figura abaixo a mola tem constante

elastica 280 N /m e esta inicialmente comprimida. A

bola de massa m = 20 9 esta encostada na mola no

instante em que esta e abandon ada. Desprezando

os atritos e supondo 9 = 10 rn/s", calcule:

a) a velocidade da bola no ponto 0;

b) a intensidade da torca que a superffcie exerce na

bola no ponto D.

o

x=0,1m.

- - " " f I. r 'h 1 W Y 'V ~

2,0 m

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89. (Vunesp·SP) Na figura abaixo, uma esfera de mas-

sa m = 2 kg e abandon ada no ponto A, caindo li-

vremente e colidindo com 0 aparador, que esta liga-

do a uma mola de constante elastica k = 2 . 104 N/m.

As massas da mola e do aparador sao desprezf-

veis. Nao ha perda de energia mecanica. Admita

9 = 10 rn/s". Na situacao 2, a compressao da mola

e maxima.

A

Situacao 1 Situacao 2

As detorrnacoes da mola, quando a esfera atinge

sua velocidade maxima e quando ela esta na situa-

cao 2, medidas em relacao a posicao inicial B, va-

lem, respectivamente:

a) 2 mm e 10 cm

b) 1 mm e 5 cm

c) 1 mm e 10 cm

d) 2 mm e 20 cm

e) 3mm e 10 cm

90. (UE-SC) Um bloco de 2,0 kg e Iorcado contra uma

mola de massa desprezfvel, comprimindo-a 10 cen-

tlrnetros. Quando liberado, 0 bloco percorre numa

superffcie horizontal uma distancla de 100 cm, an-

tes de alcancar 0 repouso. Sabendo-se que a cons-

tante elastica da mola vale 150 N/m, determine:

a) a energia potencial elastica na mola quando

comprimida;

b) 0 coeficiente de atrito dinarnico u, entre 0 bloco

e a mesa (g = 10 m/s").

91. (UF-SC) A figura mostra um bloco, de massa

m = 500 g, mantido encostado em uma mola com-

prida de X = 20 cm. A constante elastica da mola e

K = 400 N/m. A mola e solta e empurra 0 bloco que,

partindo do repouso no ponto A, atinge 0 ponto B,

onde para. No percurso entre os pontos A e B, a for-

ca de atrito da superffcie sobre 0 bloco dissipa 20%

da energia mecanica inicial no ponto A. Adote 0 solo

para referencial da energia potencial gravitacional e

9 = 10 rn/s".

Assinale a(s) proposlcaotoes) carreta(s):

I. Na situacao descrita, nao ha conservacao da

energia rnecanica,

II. A energia mecanica do bloco no ponto Be igual

a 6,4 J.

III. 0 trabalho realizado pela torca de atrito sobre 0

bloco, durante 0 seu movimento, foi 1,6 J.

IV. 0 ponto B situa-se a 80 cm de altura, em relacao

ao ponto A.

V. A torca peso nao realizou trabalho no desloca-

mento do bloco entre os pontos A e B, por isso

nao houve conservacao de energia mecanica do

bloco.

VI. A energia rnecanica total do bloco, no ponto A, e

igual a 8,0 J.

VII. A energia potencial elastica do bloco, no ponto A,

e total mente transformada na energia potencial

gravitacional do bloco, no ponto B.

92. (U.E. Londrina-PR) Uma torca con stante age sobre

um objeto de 5,0 kg e eleva a sua velocidade de

3,0 m/s para 7,0 m /s em um intervale de tempo

de 4,0 S. Qual a potencia devido a torca?

a) 29,8 W d) 36,1 W

b) 11,1 W e) 40,OW

c) 25,0 W

93_ (Mackenzie-SP) A potencia da forca resultante que

age sobre um carro de 500 kg, que se movimenta

em uma trajetoria retil fnea com aceleracao constan-

te, e dada, em tuncao do tempo, pelo diagrama

abaixo. No instante 4 s a velocidade do carro era de:

(Suponha V o = 0.)

a) 30 m/s d) 15 m/s

b) 25 rn/s e) 10 m/s

c) 20 m /s

P(kW)

125

o 10 t (s)

94. (Cesesp-PE) Qual a potencia media uti l necessaria

para bombear 1 000 litros de aqua a uma altura de

5,0 m, em 1/2 hora? (Adote 9 = 10 m/s2 e densida-

de da aqua 1 kg/litro.)

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95. (UF-P8) Um corpo desloca-se sobre uma reta so-

frendo a acao de uma torca resultante F , cuja in-

tensidade varia com a poslcao conforme 0 qraflco

abaixo. Sabendo-se que 0 corpo se encontra no

ponto de coordenada x = 0,50 m no instante t = 0

e x = 1,5 m em t = 2,0 s, a potencia media da torca

F , nesse trecho de seu deslocamento, vale:

a) 0 c) 1,0 W e) 2,5 W

b ) 0,5 W d) 1,5 W

t = 0 t = 2,05

o 0,5 1,0 1,5 2,0 x (m)

F(N)

6,0

3,0

o 1,0 2,0 x (m)

96. (Unicamp-SP) Uma hidreletrica gera 5,0 . 109 W de

potencia eletrica utilizando-se de uma queda-

d'aqua de 100 m. Suponha que 0 gerador aprovei-

te 100% da energia da queda-d'aqua e que a repre-

sa colete 20% de toda a chuva que cai em uma

reqiao de 400 000 krn". Considere que 1 ana tem

32 . 106 segundos; 9 = 10 rn/s" e a densidade da

aqua = 103 kq/rn",

a) Qual a vazao da aqua (m3/s ) necessaria para for-

necer os 5,0 . 109 W?

b) Quantos mm de chuva devem cair por ana nes-

sa regiao para manter a hidreletrica operando

nos 5,0 ·109W?

O u a n t i d iu 1 e d e m o v im e n to

97_ (UF-GO) Um homem de massa m encontra-se na

extremidade de um vaqao-prancha em repouso. 0

vaqao tem massa 9 m e comprimento L . 0 hom em

caminha ate a extremidade oposta do vaqao e para.

Desprezando-se 0 atrito entre 0 vaqao e os trilhos,

o deslocamento do homem em relacao ao solo e:

a) - ' = - -10

c) . ! : . _3

e) . ! : . _9

b) L d) ~10

L

440

98. (Fuvest-SP) Um corpo A de massa igual a 5 kg e

abandonado no ponto 0 e escorrega por uma ram-

pa. No plano horizontal, choca-se com outro corpo

B de massa igual a 5 kg que estava parado. Os

do is ficam grudados e continuam 0 movimento na

mesma direcao ate atingir uma outra rampa, na qual

o conjunto pode subir. Desprezando os atritos e

adotando 9 = 10 m/s2 , calcule a altura atingida

pelo conjunto na segunda rampa.

99. (Fuvest-SP) Uma quantidade de barro de massa

2,0 kg e atirada de uma altura h = 0,45 m, com ve-

locidade horizontal v = 4,0 mis, em direcao a um

carrinho parado, de massa igual a 6,0 kg, como

mostra a figura. Se todo 0 barro ficar grudado no

carrinho no instante em que 0 atingir, 0 carrinho inicia-

ra um movimento com velocidade, em mis, igual a:

a) 0,75 c) 1,25 e) 3,0

b) 1,0 d) 2,0

-

100. (FEI-SP) Uma bala de fuzil de massa m = 20 9

atinge 0 centro de uma esfera de massa M = 1,0 kg,

pendurada por um fio fino (pendulo simples), queIhe imprime uma velocidade inicial horizontal,

encravando-se na esfera e provocando uma eleva-

cao de seu centro de uma altura h = 50 mm, em re-

lacao a sua posicao inicial. Calcular a velocidade da

bala no momenta do choque. Dado 9 = 10 m /s 2.

M

101. (Unisa-SP) Um projetil de massa 5,0 gramas e dis-

parado horizontalmente contra um pedaco de ma-

deira de massa 3,0 kg que esta sobre uma super-

flcie horizontal. 0 coeficiente de atrito entre a ma-

deira e a supertfcie e 0,20. 0 projet il se engasta na

madeira e esta se desloca 25 cm sobre a supertl-

cie, ate parar. Sabendo que 9 = 10 m/s" , podemos

afirmar que a velocidade do projetil ao atingir a

madeira era aproximadamente: