Fís. Semana 14

Leonardo Gomes(Caio Rodrigues)

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Impulso e quantidade de movimento, conservação e colisões

15|17mai

01. Resumo

02. Exercícios de Aula

03. Exercícios de Casa

04. Questão Contexto

Exercícios

25Fí

s.

2.

EXERCÍCIOS DE AULA1. Durante um reparo na estação espacial internacional, um cosmonauta, de mas-

sa 90kg substitui uma bomba do sistema de refrigeração, de massa 360kg que

estava danificada. Inicialmente, o cosmonauta e a bomba estão em repouso em

relação à estação. Quando ele empurra a bomba para o espaço, ele é empurrado

no sentido oposto. Nesse processo, a bomba adquire uma velocidade de 0,2m/s

em relação à estação.

Qual é o valor da velocidade escalar adquirida pelo cosmonauta, em relação à

estação, após o empurrão?

a) 0,05m/s

b) 0,20m/s

c) 0,40m/s

d) 0,50m/s

e) 0,80m/s

Um carrinho de massa 4m, deslocando-se inicialmente sobre trilhos horizontais e

retilíneos com velocidade de 2,5m/s, choca-se com outro, de massa m, que está

em repouso sobre os trilhos, como mostra a figura.

Com o choque, os carrinhos engatam-se, passando a se deslocar com velocida-

de v na parte horizontal dos trilhos. Desprezando quaisquer atritos, determine:

a) a velocidade v do conjunto na parte horizontal dos trilhos;

b) a altura máxima H, acima dos trilhos horizontais, atingida pelo conjunto ao su-

bir a parte em rampa dos trilhos mostrada na figura.

Considere g=10m/s2

3. O trilho de ar é um dispositivo utilizado em laboratórios de física para analisar

movimentos em que corpos de prova (carrinhos) podem se mover com atrito des-

prezível. A figura ilustra um trilho horizontal com dois carrinhos 1 e 2 em que se

realiza um experimento para obter a massa do carrinho 2 No instante em que o

carrinho 1 de massa 150,0g passa a se mover com velocidade escalar constante,

o carrinho 2 está em repouso. No momento em que o carrinho 1 se choca com o

carrinho 2 ambos passam a se movimentar juntos com velocidade escalar cons-

tante. Os sensores eletrônicos distribuídos ao longo do trilho determinam as po-

sições e registram os instantes associados à passagem de cada carrinho, geran-

do os dados do quadro.

26Fí

s.

4.

Com base nos dados experimentais, o valor da massa do carrinho 2 é igual a:

a) 50,0g

b) 250,0g

c) 300,0g

d) 450,0g

e) 600,0g

Duas esferas de massas iguais a 10kg têm velocidades iniciais 40m/s e 12m/s e

se aproximam, em sentidos opostos, num plano horizontal sem atrito. Determine

a velocidade das esferas após o choque sabendo que a colisão foi perfeitamente

elástica.

5. O pêndulo de Newton pode ser constituído por cinco pêndulos idênticos sus-

pensos em um mesmo suporte. Em um dado instante, as esferas de três pêndu-

los são deslocadas para a esquerda e liberadas, deslocando-se para a direita e

colidindo elasticamente com as outras duas esferas, que inicialmente estavam

paradas.

O movimento dos pêndulos após a primeira colisão está representado em:

a)

b)

27Fí

s.

EXERCÍCIOS PARA CASA1. Considere um foguete viajando numa muito alta. Este foguete está partindo da

terra para Marte, com uma tripulação composta de centenas de humanos – o

principal objetivo da viagem é colonizar Marte. Num primeiro momento, os as-

tronautas responsáveis pela pilotagem desse foguete, percebem que a veloci-

dade dos gases de saída é praticamente a metade da velocidade da nave. Num

segundo momento, eles decidem desacoplar os reservatórios de combustível,

que corresponde a praticamente metade do volume do foguete, quando já não

estão mais sob influência do campo gravitacional da terra. Assinale a alternativa

correta:

c)

d)

e)

6. A figura representa o gráfico velocidade-tempo de uma colisão unidimensional

entre dois carrinhos A e B.

a) Qual é o módulo da razão entre a força média que o carrinho A exerce sobre

o carrinho B e a força média que o carrinho B exerce sobre o carrinho A? Justifi-

que sua resposta.

b) Calcule a razão entre as massa mA e mB dos carrinhos.

c) Calcule o coeficiente de restituição da colisão.

28Fí

s.

a) No primeiro momento, a velocidade do foguete estava diminuindo. Após o desa-

coplamento dos reservatórios de combustível, a velocidade permanece a mesma.

b) No primeiro momento, a velocidade do foguete estava aumentando. Após o

desacoplamento dos reservatórios de combustível, a velocidade permanece a

mesma.

c) No primeiro momento, a velocidade do foguete estava diminuindo. Após o de-

sacoplamento dos reservatórios de combustível, a velocidade aumenta.

d) No primeiro momento, a velocidade do foguete estava aumentando. Após o

desacoplamento dos reservatórios de combustível, a velocidade aumenta.

e) No primeiro momento, a velocidade do foguete estava diminuindo.[Após o de-

sacoplamento dos reservatórios de combustível, a velocidade diminui.

2.

3.

4.

Um soldado russo, durante uma batalha em solo congelado, se posiciona, equi-

vocadamente, sobre um lago congelado. Então, num átimo do que ele cria ser

coragem, mas na verdade não passava de confusão, ele dispara um projétil de

massa 0,16 kg, que sai a uma velocidade de 700m/s.

Sabendo que a arma possui uma massa de 1,50 kg e o soldado, uma massa de

68,5 kg, qual a velocidade com que o soldado recuará sobre o gelo?

Quais das afirmações abaixo são verdadeiras?

I – Seja A e B dois corpos se movendo com quantidades de movimento constan-

tes e iguais. Se a massa de A é o dobro de B, então, o módulo da velocidade de

A será metade do de B.

II – A força de atrito sempre exerce impulso sobre os corpos em que atua.

III – Seja C um corpo que cai. Quanto maior for o tempo de duração de contato

entre o corpo e o chão, maior será a pressão por ele exercida.

IV – A quantidade de movimento de um ventilador fixo no teto de um trem é nula

para um passageiro, que permanece em seu lugar durante todo o trajeto, mas

não o é para uma pessoa do lado de fora que vê o trem passar.

V – A quantidade de movimento de um CD que gira em um toca-discos depende

de sua velocidade angular.

VI – Se você estiver afundando na areia movediça de um pântano e puxar seus

próprios cabelos para cima, poderá retirar parte do seu corpo da areia movediça.

Um bloco de massa de 1 kg choca-se com outro de 3 kg, que estava inicialmente

parado. Para os blocos seguirem grudados e com velocidade de 2 m/s, a energia

total dissipada durante a colisão, em joules, deve ser:

a) 36

b) 32

c) 24

d) 48

e) 64

29Fí

s.

5.

A partícula A de 4,0 kg se move em uma superfície plana e horizontal com ve-

locidade de 3,0 m/s. B, de 3,0 kg, e C, de 1,0 kg estão inicialmente em repouso.

Após chocar-se com B, a partícula A sofre um desvio de 30º em sua trajetória,

prosseguindo com velocidade de (3√3)/2 m/s, conforme a figura. Já a partícula

B sofre nova colisão frontal com a partícula C, ambas prosseguindo juntas com a

mesma velocidade. Quanto vale essa velocidade?

a) 1,5 m/s

b) 2,5 m/s

c) 4,5 cm/s

d) 4,5 m/s

e) 5,5 cm/s

6. Uma canoa, na superfície tranquila de um lago, tem a proa dirigida para a mar-

gem e a linha sobre a qual se encontra forma um ângulo reto com a margem. A

distância entre a proa da canoa e a margem é igual a 0,75 metros. No momento

inicial a canoa estava em repouso. O homem, que se encontra na canoa, passa

da proa para a popa.

Desse modo, a canoa atracará na margem?

Dados:

comprimento da canoa: 2 metros

massa da canoa: 140 kg

massa do homem: 60 kg

30Fí

s.

QUESTÃO CONTEXTOAntes de ser colonizado, o Brasil era habitado por diversas sociedades indígenas.

Dentre essas sociedades, havia uma tribo chamada Fisicapratu, formada por indí-

genas que fizeram as principais descobertas da física antes de Newton.

Durante uma invasão holandesa, uma mulher dessa tribo, Iracema, na tentativa se

salvar seu bebê, correu para a mata, pois sabia onde seu marido estava caçando.

Ela foi pelo caminho mais curto, mas esqueceu que, no meio do caminho, havia um

rio. Ao chegar à beira do rio, gritou o nome de seu marido: “PERI!!!”. Ele, que tinha

uma audição excelente, logo ouviu e soube que sua mulher estava em perigo, então

correu o mais rápido possível em direção ao local de onde viera o grito.

Chegando lá, ao ver seu filho, Kippu, nos braços da mãe e o terror que havia em seu

semblante, logo entendeu. Então, jogou para Iracema uma cesta que levava consi-

go e disse para que ela pusesse Kippu ali e empurrasse pelo rio, assim ele poderia

pegá-lo do outro lado. Todavia, ela ficou receosa, pois sabia que o rio acabava em

uma cachoeira e a correnteza poderia levar seu filho. Percebendo isso, Peri apenas

disse: “Iracema, estamos a trinta metros da cachoeira, a distância entre as margens

é de vinte metros e a correnteza tem uma velocidade de 3 metros por segundo”.

Logo Iracema pôs-se a usar seus conhecimentos de física e (sabendo que a distân-

cia entre as margens era de 2 metros e que seu filho pesava 6 kg) calculou que seria

preciso aplicar uma força de 200 N – o máximo que ela era capaz – por um período

de ∆t segundo.

Considerando que não há resistência do ar e que a velocidade da correnteza e da

cesta são constantes, quanto vale esse intervalo mínimo de tempo para Iracema

ter certeza de que Kippu chegará ao outro lado em segurança?

31Fí

s.

01.Exercícios para aula1. e

2. a) 2m/s; b) H=0,2m/s.

3. c

4. 8,8 m/s e 19,2m/s, no mesmo sentido.

5. c

6. a) 1; b) 15/13. c) 0,75

02.Exercícios para casa1. d

2. 0,16 m/s

3. I, II, IV.

4. c

5. a

6. A canoa não atracará

03.Questão contexto∆t = 0,06s

GABARITO