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ısica I - IQ 2012 Lista de Exerc´ ıcios 2 Leis de Newton E4.10 Um portu´ ario aplica uma forc ¸a horizontal constante de 80,0N a um bloco de gelo sobre uma superf´ ıcie horizon- tal lisa. A forc ¸a de atrito ´ e desprez´ ıvel. O bloco parte do repouso e se move 11,0m em 5,0s. a) Qual ´ e a massa do bloco de gelo? b) Se o portu´ ario parar de empurrar o bloco depois de 5,0s, qual ser´ a a distˆ ancia percorrida pelo bloco nos 5,0s posteriores? E4.19 Na superf´ ıcie de Io, uma das luas de J ´ upiter, a acelerac ¸˜ ao da gravidade ´ e g =1,81 m/s 2 . Uma melancia pesa 44,0N na superf´ ıcie da Terra. a) Qual sua massa na su- perf´ ıcie da Terra? b) Qual sua massa e peso na superf´ ıcie de Io? P4.43 Duas caixas, uma de massa de 4,0 kg e outra de 6,0 kg, est˜ ao em repouso sobre a superf´ ıcie sem atrito de um lago congelado, ligadas por uma corda leve (Figura P4.43). Uma mulher usando um tˆ enis de solado ´ aspero (de modo que ela possa exercer trac ¸˜ ao sobre o solo) puxa horizontalmente a caixa de 6,0 kg com uma forc ¸a F que produz uma acelerac ¸˜ ao de 2,50 m/s2. a) Qual ´ ea acelerac ¸˜ ao da caixa de 4,0 kg? b) Desenhe um diagrama do corpo livre para a caixa de 4,0 kg. Use esse diagrama e a segunda lei de Newton para achar a tens˜ ao T na corda que conecta as duas caixas. c) Desenhe um dia- grama do corpo livre para a caixa de 6,0 kg. Qual ´ ea direc ¸˜ ao da forc ¸a resultante sobre a caixa de 6,0 kg? Qual tem o maior m´ odulo, a forc ¸a T ou a forc ¸a F ? d) Use a parte c) e a segunda lei de Newton para calcular o odulo da forc ¸a F . Fig. P4.43 P4.56 Um bal˜ ao de ar quente consiste de um cesto, um passa- geiro e alguma carga. Considere a massa total como M. Embora haja uma forc ¸a de empuxo de baixo para cima que atua sobre o bal ˜ ao, este inicialmente est ´ a acelerando no sentido de cima para baixo a uma taxa de g/3. a) De- senhe um diagrama do corpo livre para o bal˜ ao descen- dente. b) Encontre a forc ¸a de empuxo de baixo para cima em termos do peso inicial total Mg. c) O passageiro ob- serva que est ´ a se dirigindo diretamente para uma cacho- eira e decide que precisa subir. Qual frac ¸˜ ao do peso total ele deve soltar do cesto para que o bal ˜ ao acelere de baixo para cima a uma taxa de g/2? Suponha que o empuxo baixo para cima permanece o mesmo. E5.15 Um fio horizontal segura uma bola s ´ olida e uniforme de massa m sobre uma rampa inclinada, que forma um ˆ angulo de 35,0 acima do plano horizontal. A superf´ ıcie dessa rampa ´ e perfeitamente lisa, e o fio est ´ a direcionado para o sentido oposto ao centro da bola. a) Desenhe um diagrama do corpo livre para a bola. b) Qual ´ e a forc ¸a que a superf´ ıcie da rampa exerce sobre a bola? c) Qual ´ e a tens ˜ ao no fio? Fig. E5.15 E5.24 Peso aparente. Um estudante de f´ ısica de 550 N est´ a sobre uma balanc ¸a port´ atil apoiada sobre o piso de um eleva- dor de 850 kg (incluindo o estudante), que est ´ a suspenso por um cabo. Quando o elevador comec ¸a a se mover, a leitura da balanc ¸a indica 450 N. a) Ache a acelerac ¸˜ ao do elevador (m ´ odulo, direc ¸˜ ao e sentido). b) Qual ´ ea acelerac ¸˜ ao, quando a leitura da balanc ¸a indica 670 N? c) Se a leitura da balanc ¸a indicar zero, o estudante ter´ a motivo para se preocupar? Explique. d) Qual ´ e a tens ˜ ao do cabo nos itens (a) e (c)? E5.33 Vocˆ e est´ a baixando duas caixas por uma rampa, uma so- bre a outra, e como indica a Figura E5.33. Vocˆ e faz isso puxando uma corda paralela ` a superf´ ıcie da rampa. As duas caixas se movem juntas, a uma velocidade escalar constante de 15,0 cm/s. O coeficiente de atrito cin´ etico entre a rampa e a caixa inferior ´ e 0,444, e o coeficiente de atrito est´ atico entre as duas caixas ´ e 0,800. a) Qual forc ¸a vocˆ e deve aplicar para realizar isso? b) Qual o m´ odulo, a direc ¸˜ ao e o sentido da forc ¸a de atrito sobre a caixa su- perior? Fig. E5.33 16 de agosto de 2012 1

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Page 1: F´ sica I - IQbindilat/Fisica1/lista2.pdf · F´ sica I - IQ 2012 Lista de Exerc´ıcios 2 Leis de Newton E4.10 Um portu´ario aplica uma forc¸a horizontal constante de 80;0 N a

Fısica I - IQ2012

Lista de Exercıcios 2Leis de Newton

E4.10 Um portuario aplica uma forca horizontal constante de80,0 N a um bloco de gelo sobre uma superfıcie horizon-tal lisa. A forca de atrito e desprezıvel. O bloco parte dorepouso e se move 11,0 m em 5,0 s. a) Qual e a massado bloco de gelo? b) Se o portuario parar de empurraro bloco depois de 5,0 s, qual sera a distancia percorridapelo bloco nos 5,0 s posteriores?

E4.19 Na superfıcie de Io, uma das luas de Jupiter, a aceleracaoda gravidade e g = 1,81 m/s2. Uma melancia pesa44,0 N na superfıcie da Terra. a) Qual sua massa na su-perfıcie da Terra? b) Qual sua massa e peso na superfıciede Io?

P4.43 Duas caixas, uma de massa de 4,0 kg e outra de 6,0 kg,estao em repouso sobre a superfıcie sem atrito de umlago congelado, ligadas por uma corda leve (FiguraP4.43). Uma mulher usando um tenis de solado aspero(de modo que ela possa exercer tracao sobre o solo) puxahorizontalmente a caixa de 6,0 kg com uma forca Fque produz uma aceleracao de 2,50 m/s 2. a) Qual e aaceleracao da caixa de 4,0 kg? b) Desenhe um diagramado corpo livre para a caixa de 4,0 kg. Use esse diagramae a segunda lei de Newton para achar a tensao T nacorda que conecta as duas caixas. c) Desenhe um dia-grama do corpo livre para a caixa de 6,0 kg. Qual e adirecao da forca resultante sobre a caixa de 6,0 kg? Qualtem o maior modulo, a forca T ou a forca F ? d) Usea parte c) e a segunda lei de Newton para calcular omodulo da forca F .

Fig. P4.43

P4.56 Um balao de ar quente consiste de um cesto, um passa-geiro e alguma carga. Considere a massa total como M .Embora haja uma forca de empuxo de baixo para cimaque atua sobre o balao, este inicialmente esta acelerandono sentido de cima para baixo a uma taxa de g/3. a) De-senhe um diagrama do corpo livre para o balao descen-dente. b) Encontre a forca de empuxo de baixo para cimaem termos do peso inicial total Mg. c) O passageiro ob-serva que esta se dirigindo diretamente para uma cacho-eira e decide que precisa subir. Qual fracao do peso totalele deve soltar do cesto para que o balao acelere de baixopara cima a uma taxa de g/2? Suponha que o empuxobaixo para cima permanece o mesmo.

E5.15 Um fio horizontal segura uma bola solida e uniformede massa m sobre uma rampa inclinada, que forma umangulo de 35,0◦ acima do plano horizontal. A superfıciedessa rampa e perfeitamente lisa, e o fio esta direcionadopara o sentido oposto ao centro da bola. a) Desenhe umdiagrama do corpo livre para a bola. b) Qual e a forcaque a superfıcie da rampa exerce sobre a bola? c) Qual ea tensao no fio?

Fig. E5.15

E5.24 Peso aparente. Um estudante de fısica de 550 N esta sobreuma balanca portatil apoiada sobre o piso de um eleva-dor de 850 kg (incluindo o estudante), que esta suspensopor um cabo. Quando o elevador comeca a se mover, aleitura da balanca indica 450 N. a) Ache a aceleracaodo elevador (modulo, direcao e sentido). b) Qual e aaceleracao, quando a leitura da balanca indica 670 N?c) Se a leitura da balanca indicar zero, o estudante teramotivo para se preocupar? Explique. d) Qual e a tensaodo cabo nos itens (a) e (c)?

E5.33 Voce esta baixando duas caixas por uma rampa, uma so-bre a outra, e como indica a Figura E5.33. Voce faz issopuxando uma corda paralela a superfıcie da rampa. Asduas caixas se movem juntas, a uma velocidade escalarconstante de 15,0 cm/s. O coeficiente de atrito cineticoentre a rampa e a caixa inferior e 0,444, e o coeficiente deatrito estatico entre as duas caixas e 0,800. a) Qual forcavoce deve aplicar para realizar isso? b) Qual o modulo,a direcao e o sentido da forca de atrito sobre a caixa su-perior?

Fig. E5.33

16 de agosto de 2012 1

Page 2: F´ sica I - IQbindilat/Fisica1/lista2.pdf · F´ sica I - IQ 2012 Lista de Exerc´ıcios 2 Leis de Newton E4.10 Um portu´ario aplica uma forc¸a horizontal constante de 80;0 N a

Fısica I (IQ) Lista de Exercıcios 2

E5.45 Os blocos A, B e C sao dispostos como indicado na Fi-gura E5.45, e ligados por cordas de massas desprezıveis.O peso de A e de 25,0 N e o peso de B tambem e de25,0 N. O coeficiente de atrito cinetico entre cada blocoe a superfıcie e igual 0,35. O bloco C desce com velo-cidade constante. a) Desenhe dois diagramas de corpolivre separados mostrando as forcas que atuam sobre Ae sobre B. b) Ache a tensao na corda que liga o bloco AaoB. c) Qual e o peso do bloco C? d) Se a corda que ligaos blocos A e B fosse cortada, qual seria a aceleracao dobloco C?

Fig. E5.45

E5.48 Uma bola de beisebol e atirada verticalmente para cima.A forca de arraste e proporcional a v2. Em termos de g,qual e o componente y da aceleracao quando a veloci-dade e igual a metade da velocidade terminal, supondoque a) ela se mova para cima? b) ela se mova de voltapara baixo?

E5.52 Um ‘balanco gigante’ de um parque de diversoes con-siste em um eixo vertical central com diversos bracos ho-rizontais ligados em sua extremidade superior (FiguraE5.52). Cada braco suspende um assento por meio deum cabo de 5,0 m de comprimento, e a extremidade su-perior do cabo esta presa ao braco a uma distancia de3,0 m do eixo central. a) Calcule o tempo para umarevolucao do balanco quando o cabo que suporta o as-sento faz um angulo de 30,0◦ com a vertical. b) Oangulo depende do passageiro para uma dada taxa derevolucao?

Fig. E5.52

E5.56 Uma roda-gigante no Japao possui um diametro de100 m e faz uma revolucao a cada 60 segundos. a) Cal-cule a velocidade de um passageiro quando a roda-gigante gira a essa taxa. b) Um passageiro pesa 882 Nem uma balanca no solo. Qual e seu peso aparente noponto mais alto e no ponto mais baixo da roda-gigante?c) Qual deveria ser o tempo de uma revolucao para queo peso aparente no ponto mais alto fosse igual a zero?d) Nesse caso, qual seria o peso aparente no ponto maisbaixo?

P5.65 Um bloco de massa m1, esta sobre um plano inclinadocom um angulo de inclinacao α e esta ligado por umacorda que passa sobre uma polia pequena a um segundobloco suspenso de massa m2 (Figura P5.65). O coefi-ciente de atrito cinetico e µc e o coeficiente de atritoestatico e µe. a) Ache a massa m2 para a qual o bloco demassam1 sobe o plano com velocidade constante depoisque ele entra em movimento. b) Ache a massam2 para aqual o bloco de massa m1 desce o plano com velocidadeconstante depois que ele entra em movimento. c) Paraque valores de m2 os blocos permanecem em repousodepois de eles serem libertados a partir do repouso?

Fig. P5.65

P5.91 Qual deve ser a aceleracao do carrinho da Figura P5.91para que o bloco A nao caia? O coeficiente de atritoestatico entre o bloco e o carrinho e µe. Como seria ocomportamento do bloco descrito por um observador nocarrinho?

Fig. P5.91

P5.92 Dois blocos de massas 4,0 kg e 8,0 kg estao ligados porum fio e deslizam 30◦ para baixo de um plano inclinado(Figura P5.92). O coeficiente de atrito cinetico entre obloco de 4,0 kg e o plano e igual a 0,25 e o coeficienteentre o bloco de 8,0 kg e o plano e igual a 0,35. a) Qual ea aceleracao de cada bloco? b) Qual e a tensao na corda?c) O que ocorreria se as posicoes dos blocos fossem in-vertidas, isto e, se o bloco de 4,0 kg estivesse acima dobloco de 8,0 kg?

P5.92

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Fısica I (IQ) Lista de Exercıcios 2

P5.94 Acelerometro. A Figura 5.76 mostra um sistema que podeser usado para medir a sua aceleracao. Um observadorque caminha sobre a plataforma mede o angulo θ que ofio que sustenta a bola leve forma com o plano vertical.Nao ha atrito em nenhum ponto. a) Como θ se relaci-ona com a aceleracao do sistema? b) Se m1 = 250 kg em2 = 1250 kg, qual e o angulo θ? c) Se voce pode variarm1 e m2 qual e o maior angulo θ a ser atingido? Expli-que como voce deve ajustar m1 e m2 para isso.

P5.94

P5.96 Curva inclinada. Considere uma estrada molhada cominclinacao lateral como no Exemplo 5.23 (Secao 5.4), noqual ha um coeficiente de atrito estatico de 0,30 e umcoeficiente de atrito cinetico de 0,25 entre os pneus e aestrada. O raio da curva e R = 50 m. a) Se o angulode inclinacao lateral for β = 25◦, qual e a velocidademaxima que um carro pode ter antes que ele deslize paracima do plano inclinado? b) Qual a velocidade mınimaque um carro pode ter antes que ele deslize para baixodo plano inclinado?

P5.119 Um pequeno bloco de massa m e colocado no interiorde um cone invertido que gira em torno do eixo verticalde modo que o tempo para uma revolucao e igual a T(Figura P5.119). As paredes do cone fazem um anguloβ com a vertical. O coeficiente de atrito estatico entre obloco e o cone e µe. Para que o bloco permaneca a umaaltura h acima do vertice do cone, qual deve ser o valormaximo e o valor mınimo de T ?

Fig. P5.119

P5.121 Uma cunha de massaM repousa sobre o topo horizontalde uma mesa sem atrito. Um bloco de massa m e colo-cado sobre a cunha, e uma forca horizontal ~F e aplicadasobre a cunha (Figura P5.121). Qual deve ser o modulode ~F para que o bloco permaneca a uma altura constanteem relacao ao topo da mesa?

Fig. P5.121

P5.126 As massas dos blocosA eB da Figura P5.126 sao 20,0 kge 10,0 kg, respectivamente. Os blocos estao inicialmenteem repouso sobre o solo e sao conectados por um fio leveque passa sobre uma polia leve e sem atrito. Uma forcade baixo para cima ~F e aplicada sobre a polia. Ache aaceleracao aA do bloco A e a aceleracao aB do bloco Bquando F e a) 124 N; b) 294 N; c) 424 N.

Fig. P5.126

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