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MECÂNICA GERAL BÁSICA PARTE 4 Prof. Nelson Luiz Reyes Marques Mecânica Geral Básica Trabalho e Energia

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AR

TE

4

Prof. Nelson Luiz Reyes Marques

Mecânica Geral Básica

Trabalho e Energia

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AR

TE

4

Introdução

dpF

dt

Equação fundamental da dinâmica:

Integrando:

0 0

00

p t

p t

t

t

dp Fdt

p p Fdt I

A variação da quantidade de movimento de uma

partícula é igual ao impulso.

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TE

4

Introdução

0 0 0

0 0

0 0 0

1 ou

1 1( ) ou

r t t

r t t

mv mv I v v Im

drv

dt

dr v I dt r r v t Idtm m

Substituindo , temos : por p mv

Existem problemas em que a força não é conhecida como

função do tempo, mas como função da posição. Nesse

caso não podemos calcular a integral acima.

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Introdução

As leis de Newton permitem analisar vários tipos de movimentos. Esta análise pode ser bastante complexa, necessitando de detalhes do movimento que são inacessíveis.

Exemplo: qual é a velocidade final de um carrinho na

chegada de um percurso de montanha russa? Despreze a

resistência do ar e o atrito, e resolva o problema usando as

leis de Newton.

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4

Introdução

0iv

?fv

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Trabalho

O vetor diferencial é o deslocamento

infinitesimal.

rd

dW F dr

O trabalho é uma quantidade escalar, ou seja, tem módulo e

sinal, mas não direção.

força. ocompriment As unidades do trabalho são

1 J 1 N 1 mjoule

Trabalho para um deslocamento infinitesimal.

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Trabalho

cos

T

dW F dr

dW F ds

dW F ds

O trabalho é igual ao produto do deslocamento pela

componente da força ao longo do deslocamento.

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Trabalho

Forças que não realizam trabalho (ds = 0 ou cos a = 0):

• peso de um corpo quando seu centro de gravidade se move

horizontalmente.

• força centrípeta no movimento circular,

• reação na superfície sem atrito quando o corpo se move em

contato ao longo da superfície,

• reação no pino sem atrito apoiando corpo em rotação,

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Trabalho

O trabalho total realizado sobre uma partícula, quando

transportada de A para B é a soma de todos os trabalhos

infinitesimais realizados durante os sucessivos deslocamentos

infinitesimais, isto é,

1 1 2 2 3 3 ...

.B B

TA A

W F dr F dr F dr

W F dr F ds

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Trabalho

O trabalho é representado pela área sob a curva obtida

traçando-se FT em função de s.

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Trabalho

Se Fx, Fy e Fz são as componentes retangulares de F, e dx, dy

e dz são as componentes retangulares de dr, temos

B B

A AW Fds F ds Fs

Um caso particular é aquele em que a força é constante em

módulo, direção e sentido e o corpo move-se segundo uma

linha reta na direção da força. Então FT = F

( )B

x y zA

W F dx F dy F dz

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Trabalho

1 2 3

1 2 3

1 2 3

...

...

( ...)

dW dW dW dW

dW F dr F dr F dr

dW F F F dr

dW F dr

Quando uma partícula está sujeita a várias forças ,

o trabalho realizado durante o deslocamento 1 2 3, F F e F

O trabalho da força resultante de várias forças que atuam

sobre uma partícula é igual à soma dos trabalhos das forças

componentes.

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Potência

dWP

dt

Mede a rapidez com que o trabalho é realizado.

Potência instantânea:

Unidade: 1

1 1

jW

s

F drP F v

dt

med

WP

t

Potência média:

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4

Exemplo 1

Um automóvel de massa igual a 1200 kg sobe uma longa

colina, inclinada de 5º, com uma velocidade constante de 36

km/h. Calcule o trabalho que o motor deve realizar em 5 min e

a potência desenvolvida por ele. Despreze os efeitos do atrito.

0 3

0

1200.9.8. 5 1,024 10

RF ma

F mg sen ma

v cte a

F mg sen sen N

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Exemplo 1

3

36 10

5min 300

. 10.300 3000 3 10

km mvh s

t s

s v t m m

3 3 61,024 10 .3 10 3,072 10W Fs j

64

2

3,072 101,024 10

3 10

WP w

t

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4

Exemplo 2

Calcule o trabalho necessário para distender a mola por 2 cm

sem aceleração. Sabe-se que, quando um corpo de massa igual

a 4 kg é suspenso pela mola, o comprimento da mesma

aumenta de 1,5 cm.

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Exemplo 2

2

3 1

4 9,8 39.2

39,2

1,5 10

2,61 10

F mg N

NF kx x

x Nm

2

0 0

3 2 2 1

1

2

12,61 10 (2 10 ) 5,22 10

2

x x

W Fdx kxdx kx

W J

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Exemplo 3

Uma força F = 6t N age sobre uma partícula cuja massa é 2

kg. Se a partícula parte do repouso, procure o trabalho

realizado pela força durante os primeiros 2 s.

0 0

2

2 1

0

63

2

(3 ) 1,5

v t

v t

t

F tF ma a t m s

m

dva dv adt dv adt

dt

v t dt t m s

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Exemplo 3

0 0

0

2 3

00(1,5 ) 0,5

x t

x t

t t

t

dxv dx vdt dx vdv

dt

x x vdt x t dt t m

1 13 3

13

1 43 3

0 0

( ) 1,260,5

6 7,56

(7,56 ) 5.67x x

xt x

F t x N

W Fdx x dx x

3

2

0,5 4

t s

x t m

4 4

3 3

4 m

5,67 5,67(4) 36

x

W x J

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Exemplo 3

Outra solução:

0

3

2

2 4

0

4

0,5

1,5

6

(6 )(1,5 ) 2,25

2 2,25(2) 36

x x

x

x t m

dx t dt

F t

W Fdx t t dt t J

t s W J

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Energia Cinética

Temos que a força tangencial é .T T

dv dpF ma m

dt dt

Portanto ,T

dv dp dsF ds m ds mdv mvdv

dt dt dt pois .

dsv

dt

O trabalho total é

2 21 1

2 2

B B

T B AA A

W F ds mvdv mv mv

Esse resultado indica que, independente da forma funcional da

força e da trajetória seguida pela partícula, o valor do trabalho

W realizado pela força é sempre igual a variação da quantidade

½ mv2 entre o inicio e o fim da trajetória.

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Energia Cinética

A quantidade ½ mv2 é chamada energia cinética.

221 ou T=

2 2k k

pT E mv E

m

O trabalho total realizado sobre uma partícula pela força

resultante é igual à variação da sua energia cinética.

, ,k B k A B AW E E T T

Esse resultado geral é válido qualquer que seja a natureza da

força.

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Exemplo 4

Usando os dados do exemplo 3, calcule diretamente a energia

cinética que a partícula ganha num tempo t.

2 1como a velocidade no instante t era 1,5 ,v t m s

portanto a energia cinética da partícula é

2 2 1 2

4

1 1(2 )(1,5 )

2 2

2,25 .

k

K

E mv kg t m s

E t J

A energia cinética inicial da partícula em t = 0 é nula; assim o ganho de

energia cinética da partícula no intervalo de tempo t é Ek – Ek,0 = 2,25 t4 J,

que é exatamente o trabalho realizado sobre a partícula, de acordo com o

segundo resultado do exemplo 3.

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Exemplo 5

A mola do exemplo 2 é colocada na posição horizontal. A

massa m é deslocada para a direita a uma distância a, e

abandonada. Calcule sua energia cinética quando ela se

encontra a uma distância x da posição de equilíbrio.

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Exemplo 5

Na posição de equilíbrio x = 0, F = 0

F kx

Na posição (b), x = a, F = -ka, v0 = 0, logo Ek = 0.

Considerando v a velocidade na posição intermediária x.

2 2

0

0 ,0

2 2 2

1 1

2 2

0 0

1 1( ) ( )

2 2

B

TA

k

x x

a a

W F dx mv mv

v E

mv Fdx kx dx k a x

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Exemplo 6

Dois blocos estão unidos por um cabo inextensível como

mostrado. Se o sistema é solto do repouso, determine a

velocidade do bloco A depois de ter movido 2 m. Suponha que

o coeficiente de atrito entre o bloco A eo plano é μ = 0,25 e que

a polia é sem peso e sem atrito

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Exemplo 6

SOLUÇÃO:

• Aplicar o princípio do trabalho e energia

separadamente para os blocos A e B.

2

,

2 1 1 2

1 1 2 2

212

212

200kg 9.81m s 1962 N

0.25 1962 N 490 N

0 2m 2m

2m 490 N 2m 200kg

P A

A k A k A

C A A

C

F

F N W

T T W

T W T

F F m v

F v

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Exemplo 6

2

,

1 2 1 2

1 1 2 2

21, 2

212

300kg 9.81m s 2940 N

T

:

0 2m 2m

2m 2940 N 2m 300kg

P B

c P B B

c

F

T W

T W T

F F m v

F v

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Exemplo 6

• Quando as duas relações são combinadas, o trabalho das forças do

cabo cancela. Resolva para a velocidade.

221 kg200m2N490m2 vFC

221 kg300m2N2940m2 vFc

221

221

kg500J 4900

kg300kg200m2N490m2N2940

v

v

sm 43.4v

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Trabalho de uma Força Constante

Consideremos uma partícula de massa m que se move sob

ação de uma força F que é constante em módulo, direção e

sentido.

( )

B

A

B

A

B A

W F dr

W F dr

W F r r

Quando a partícula se move de A

para B, ao longo da curva (1), o

trabalho de F é

O trabalho nesse caso é independente da trajetória que liga os pontos A e

B. Se a partícula se mover pela curva (2), o trabalho será o mesmo.

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Trabalho realizado pela Força Gravitacional

Uma aplicação importante do trabalho de uma força constante

é o trabalho realizado pela força da gravidade.

( ) ( )B A B A B A

F mg j mg

r r i x x j y y

( )B A

A B

W mg y y

W mgy mgy

O trabalho depende somente da diferença YB – YA.

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Exemplo 7

Uma massa de 2 kg, ligada a um fio de um metro de

comprimento, com outro extremo fixo, é deslocada a um

ângulo de 30°com a vertical. Determine a velocidade da

massa quando o fio forma um ângulo de 10°com a vertical, do

mesmo lado e do lado oposto.

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Exemplo 7

0

0

0

0

0 0

0

2

, ,

( )

` ` ` `

` cos

` cos

(cos cos )

(cos cos )

1 e 0

2k C k B

W mg y y

W mgy mgy

y y B C OC OB

OB l

OC l

y y l

W mgl

E mv E

, ,

2

0 0

0 0

1(cos cos ) ou 2 (cos cos )

2

2 9,8 1 (cos10 cos30 ) 1,526 m/s

k k C k BW E E E

mv mgl v gl

v

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4

Forças Conservativas

Uma força é conservativa quando a sua dependência com o

vetor-posição r ou com as coordenadas x, y, z da partícula é

tal que o trabalho W pode ser sempre expresso como a

diferença entre os valores de uma quantidade Ep(x, y, z) nos

pontos inicial e final.

O trabalho realizado por forças conservativas é

independente da trajetória.

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Energia Potencial

A energia potencial é uma função das coordenadas tal que a

diferença entre seus valores na posição inicial e na posição

final é igual ao trabalho realizado sobre uma partícula para

movê-la da posição inicial até a posição final.

, ,p p inicial p final inicial final

p

W E E E U U

U E mgy C

A quantidade Ep(x, y, z) é chamada energia potencial e é

função das coordenadas da partícula. Então, se F é uma

força conservativa.

, ,

B

p A p B A BA

W F dr E E U U

C= constante arbitrária.

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Trabalho de uma Forças Conservativas

O trabalho realizado por forças conservativas é independente

da trajetória.

O trabalho realizado por uma força conservativa em uma

curva fechada, de tal forma que o ponto final coincide com o

inicial, é NULO.

, , 0p A p BE E W

0W F dr

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TE

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Derivada direcional da EP

, , , .( )

p

B B

pA A

p B p A p A p B

F dr dE

W F dr dE

W E E E E

cos

cosp

F dr Fds

dEF

ds

derivada direcional de Ep

p

dE

ds

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4

p pF grad E E

, , ou

p p p

x y z

p p p

p x y z

E E EF F F

x y z

E E EF grad E u u u

x y z

Quando um vetor é tal que sua componente em qualquer

direção é igual à derivada direcional de uma função naquela

direção, o vetor é dito gradiente da função. Assim dizemos

que F é o negativo do gradiente de Ep

Quando estamos interessados nas componentes retangulares

de F, ao longo dos eixos x, y e z, Fcos torna-se Fx, Fy e Fz e

o deslocamento ds fica dx, dy e dz, tal que

Energia Potencial

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AR

TE

4

1

p

r

p

EF

r

EF

r

Se o movimento está contido num plano e são usadas as

coordenadas r, , o deslocamento ao longo do raio vetor r é

dr e o deslocamento perpendicular ao raio vetor é rd. As

componentes radial e transversal da força são

Energia Potencial

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Força Central

Se a força é central existe somente componente radial e F = 0,

resultando , que implica na não dependência de Ep com

. Como resultado, uma força central depende somente da

distância da partícula ao centro.

0pE

A energia potencial associada a uma força central depende

somente da distância da partícula ao centro de forças e,

reciprocamente, a força associada com uma energia potencial

que depende somente da distância da partícula a uma origem

de forças é uma força central cuja linha de ação passa por

essa origem.

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TE

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Força não é central

Quando as forças não são centrais, há um torque em torno do

ponto O, dado por = F r, desde que a componente radial da

força não contribui para o torque. O torque em torno de O é

1 p pE EF F r

r

Essa expressão geral dá o torque numa direção perpendicular

ao plano no qual o ângulo é medido.

Sempre que a energia potencial depende de um ângulo existe

um torque aplicado ao sistema, resultando numa variação do

momento angular em uma direção perpendicular ao plano do

ângulo.

pE

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TE

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Exemplo 8

Determine a energia potencial associada com as seguintes

forças centrais: (a) F = kr (b) F = k/r2. Em ambos os casos, se

k for negativo a força será atrativa e se k for positivo a força é

repulsiva.

21

2pE kr dr kr C Integrando, obtemos

ou p

p

EF kr dE kr dr

r

É habitual fazer-se Ep = 0 em r = 0, de tal forma que C = 0 e

21.

2pE kr Considerando r2 = x2 + y2 + z2, podemos escrever

2 2 21( )

2pE k x y z

(a)

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ME

NIC

A G

ER

AL

SIC

A –

P

AR

TE

4

Exemplo 8

, , p p p

x y z

E E EF k x F k y F r z

x y z

Resultado que era esperado, de vez que a força central F = kx

na forma vetorial é ( ).x y zF k r k u x u y u z

(b) 2 2

ou p

p

E k drF dE k

r r r

Integrando, obtemos 2

p

dr kE k C

r r

É habitual fazer-se Ep = 0 em r = , de tal forma que C = 0 e

.p

kE

r

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ER

AL

SIC

A –

P

AR

TE

4

Exemplo 9

Um colar de 90 N desliza sem atrito ao longo de uma haste

vertical, como mostrado. A mola unida ao colar tem um

comprimento indeformado de 10 cm e uma constante de 540

N/m. Se o colar é solto do repouso na posição 1, determine a sua

velocidade depois de ter movido 15 cm para a posição 2.

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ER

AL

SIC

A –

P

AR

TE

4

Exemplo 9

SOLUÇÃO:

• Aplicar o princípio da

conservação de energia

entre as posições 1 e 2.

Posição 1:

1

221 112 2

1

1

20 10 10 0,1

540 N m 0,1 2,7

0 n. de ref.

2,7

0

e

g

e g

x cm cm cm m

U kx m J

U

U U U J

T

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TE

4

Exemplo 9

Posição 2:

2

221 122 2

2

2 2 212 2 2 22

25 10

540 / 0,15 6,1

90 0,15 m 13,5

6,1 13,5 7,4

1 904,59

2 9,81

e

g P

e g

x cm cm

U kx N m m J

U F Y N J

U U U J

T mv v v

Conservação de energia:

Jv

VTVT

4,74,59,7J20 2

2

2211

sm48,12v

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A –

P

AR

TE

4

Conservação da Energia Mecânica de uma Partícula

Quando a força que age sobre uma partícula é conservativa,

podemos combinar as equações

, ,

B

p A p BA

W F dr E E , ,k B k AW E E e

que dá , , , , ( ) ( )p A p B k B k A k p A k p BE E E E E E E E

onde

.k pE E E const

é chamada energia total da partícula.

Quando as forças são conservativas, a energia mecânica

total E da partícula permanece constante.

21.

2E mv mgy const

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AR

TE

4

Exemplo 10

Um carrinho está em movimento sobre uma montanha russa.

Qual a velocidade do carrinho no ponto C? (V(C) 12,8 m/s)

15

m/s

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TE

4

Exemplo 11

Determine a altura mínima da qual deve partir uma bola para

completar com sucesso a curva de laço mostrada na figura.

Suponha que a bola deslize sem rolar e sem atrito.

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4

Exemplo 11

No ponto mais alto do laço (B)

2

c

mvF F mg

R

Como F = 0, temos

2v gR

, , , ,

2

02

52

2 2

k A p A k B p B

BA B

E E E E

mvmgh mgh

mgRmgh mg R h R

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4

Exemplo 12

O bloco de 2,25 N é empurrado contra a mola e liberado do

repouso em A. Desprezando atrito, determine a menor deflexão

da mola para que o bloco dê a volta em torno do faço ABCDE e

permaneça o tempo todo em contato com ele.

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4

Exemplo 12

SOLUÇÃO:

• Definindo a força exercida pelo loop

como zero, para resolver a velocidade

mínima em D.

:nn maF

2

2 2 20,6 m 9,81m s 5,89m s

P n D

D

F ma mg mv r

v rg

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TE

4

Exemplo 12

• Aplicar o princípio da

conservação de energia entre

os pontos A e D.

2 2 21 11 2 2

1

0 540 N m 270

0

e gU U U kx x x

T

2

2

2 2 212 2 2

0 2,25 1,2 2,7

2,7

1 2,255,89m s 0,675

2 9,81m s

e g P

U

D

U U U F y N m J

J

NT mv J

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P

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4

Exemplo 13

Um satélite é lançado em uma direção paralela à superfície da

Terra com uma velocidade de 36.900 quilômetros por a hora de

uma altitude de 500 km. Determine a altitude máxima atingida

pelo satélite.

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4

Exemplo 13

• Aplicar os princípios para os pontos de

altitude mínima e máxima para

determinar a altitude máxima.

Conservação de energia :

2 21 10 12 2

0 1

A A A A

GMm GMmT U T U mv mv

r r

Conservação da quantidade de movimento angular :

1

0011100

r

rvvmvrmvr

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4

Exemplo 13

Combinando,

22 0 0102 2

1 0 1

2

0 0

2 2

1 0 0 1

0 0 0

2

1 1 0 0 1

0

2

1 0 0

1 1

21 1

21 1 1

21

r rGMv

r r r

r rGM

r r v r

r r rGM

r r r v r

r GM

r r v

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4

Exemplo 13

0

2

1 0 0

21

r GM

r r v

23122622

60

0

sm10398m1037.6sm81.9

sm1025.10hkm36900

km6870km500km6370

gRGM

v

r

km 60400m104.60 61 r

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4

Mov. retilíneo sob ação de forças conservativas

No caso geral de um movimento retilíneo, a energia potencial

depende apenas de uma coordenada, digamos x e podemos

escrever:

21

( )2

P

dx dxv E m E x

dt dt

21( )

2pE mv E x

1

22( )p

dxE E x

dt m

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Mov. retilíneo sob ação de forças conservativas

Podemos escrever essa equação numa forma em que as

variáveis x e t são separadas, isto é, a variável x aparece de um

lado da equação e a varável t aparece do outro lado. Podemos

escrever

1

22p

dxdt

E E xm

Integrando (e fazendo por t0 = 0 por conveniência), temos

0

1 022

x t

x

p

dxdt t

E E xm

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TE

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Exemplo 14

Use a equação anterior para resolver o problema do

movimento retilíneo sob força constante.

Se a força F é constante, temos: p

x p

dEF dE Fdx

dx

Considerando Ep = 0 para x = 0, resulta C = 0. Então

pE Fx C

é a expressão da energia potencial associada a

uma força constante. Fazendo x0 = 0, teremos pE Fx

1 102 2

1

2

x dxt

E Fx

m

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Exemplo 14

1 1112 222

102

2 2 2 2x dxt E Fx E t

m F F mE Fx

Resolvendo para x, resulta

1

221 2

2

F Ex t t

m m

Como,

2 21 2, para 0, 0

2

Fa

m

EE mv Fx t x v

m

Resulta 2

0

1

2x at v t

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4

Gráfico da Energia potencial elástica

Vamos considerar que a energia mecânica deste sistema

tem valor Eo

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Gráfico da Energia potencial elástica

Quando x = ± L toda a energia mecânica está sob a forma

de energia potencial.

Esses pontos x = ± L são chamados pontos de inversão

pois ao chegar neles a velocidade da partícula se anula e

inverte o sentido.

Quando x = 0 toda a energia mecânica é cinética.

O movimento da partícula está confinado à região

- L ≥ x ≥ + L .

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Gráfico da energia potencial de uma partícula

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Gráfico da energia potencial de uma partícula

A) E = E0

Para esse valor de energia mecânica, toda a energia é

potencial e portanto a energia cinética será sempre zero.

A partícula vai estar permanentemente localizada na

posição x = x0 e com velocidade nula.

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Gráfico da energia potencial de uma partícula

B) E = E1

Como E ≥ U(x) para esse valor de energia mecânica

x1≥ x ≥ x2 . A partícula está confinada a se movimentar

entre os pontos x1 e x2 , passando pelo ponto xo, de mínimo

da energia potencial e consequentemente de máximo da

energia cinética.

Nos pontos x1 e x2 temos E1 = U(x1) = U(x2), e portanto

toda a energia é potencial. Isso implica que a energia

cinética é nula nesses pontos. Esses pontos são chamados

pontos de retorno (ou pontos de inversão) pois a partícula

estava se movendo em um sentido, sua velocidade se

anulou e ela retornou usando o sentido contrário.

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Gráfico da energia potencial de uma partícula

C) E = E2

Existem quatro pontos de retorno

D) E = E3

Existe apenas um ponto de inversão. Se a partícula estiver

se movendo em direção ao ponto x = 0 , ao chegar em

x = x3 ela para, retornando no sentido contrário.

E) E = E4

Não existem pontos de retorno.

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Relação entre força e potencial

Em uma dimensão, temos:

00

, , 0( ) ( ) ( )

( )( )

x

p x p xx

W F x dx E E U x U x

dU xF x

dx

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Gráfico da energia potencial de uma partícula

A) No ponto x = x0 temos um equilíbrio estável e

citaremos como exemplo dessa situação um pêndulo em

equilíbrio na sua posição vertical inferior. Se alterarmos a

sua posição, surge uma força restauradora e o sistema

tende a voltar à posição de equilíbrio inicial.

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Gráfico da energia potencial de uma partícula

B) No ponto x = x4 temos um equilíbrio instável e

citaremos como exemplo dessa situação um pêndulo em

equilíbrio na sua posição vertical superior. Se alterarmos a

sua posição, surge uma força que afasta ainda mais o

sistema de sua situação de equilíbrio inicial.

C) No ponto x ≥ x5 temos um equilíbrio indiferente. Se

alterarmos a sua posição não acontece nenhuma das duas

situações anteriores. Uma exemplo desse caso seria um

cone apoiado em uma face lateral.

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Forças não conservativas

Vamos considerar que estão atuando N forças sobre uma

dada partícula, de modo que a força resultante será dada

por:

1 2

1

...N

N i

i

F F F F F

Como já foi mencionado, o trabalho executado pela força

resultante é igual à variação da energia cinética da

partícula:

1 2

1

N

F N i

i

T W W W W W

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Forças não conservativas

Se forem conservativas todas as forças mencionadas, teremos:

0 0

CT W U

T U T U E

Para cada força conservativa teremos a sua energia potencial

associada a ela, daí a soma das energias potenciais. A soma

das energias potenciais com a energia cinética nos dá a energia

mecânica E. Quando existem apenas forças conservativas, a

energia mecânica não varia E = 0 , sendo então uma

constante de movimento.

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Forças não conservativas

Se, por outro lado, tivermos atuando também forças não-

conservativas (em particular a força de atrito), teremos:

C A A

A

A

f i A

T W W U W

T U W

T U E W

E E E W

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Forças não conservativas

como é negativo o trabalho executado pela força de atrito,

acontecerá uma perda da energia mecânica; a energia

mecânica final será menor que a energia mecânica inicial.

∆𝑬 < 𝟎

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Exercícios

1. Uma força 𝐹 que dura 20 s é aplicada a um corpo de massa

igual a 500 kg. A força produz no corpo que estava inicialmente

em repouso, uma velocidade final de 0,5 m ∙ s-1. Se a força

cresce linearmente com o tempo durante 15 s e depois decresce

até zero, também linearmente, durante 5 s, (a) determine o

impulso causado sobre o corpo pela força, (b) calcule a força

máxima exercida sobre o corpo, e (c) faça um gráfico de 𝐹

contra 𝑡 e procure a área sob essa curva. Esse resultado concorda

com (a)? Suponha que 𝐹 seja a única força que age no corpo.

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Exercícios

2. Calcule o trabalho realizado por um homem que arrasta um

saco de farinha de 65 kg a uma distância de 10 m sobre o solo

com uma força de 25 kgf, erguendo-o depois até a carroceria de

um caminhão de 75 cm de altura. Qual é a potência média

desenvolvida se o processo todo foi realizado em 2 min?

3. Um corpo de massa igual a 4 kg move-se para cima num

plano inclinado de 20° com a horizontal. As seguintes forças

agem sobre o corpo: uma força horizontal de 80N, uma força de

100 N paralela ao plano inclinado no sentido do movimento. O

corpo desliza 10 m sobre o plano. Calcule o trabalho total

realizado pelo sistema de forças que age sobre o corpo, assim

como o trabalho executado por cada um a delas.

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Exercícios

4. Um corpo com 0,10 kg de massa cai de uma altura de 3m

sobre um monte de areia. Se o corpo afunda 3 cm antes de parar,

qual é modulo da força constante que a areia exerceu sobre o

corpo?

5. Um automóvel sobe uma rampa inclinada de 3°, com

velocidade constante de 45 km ∙ s-1. A massa do automóvel é de

1 600 kg. Qual é a potência desenvolvida pelo motor? Qual o

trabalho realizado em 10 s? Despreze as forças de atrito.

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Exercícios

6. Dada 𝐹 = 𝑢𝑥 7 − 𝑢𝑦 6 𝑁 . (a) Calcule o trabalho

realizado quando uma partícula submetida a essa força vai da

origem a 𝑟 = 𝑢𝑥 −3 + 𝑢𝑦 4 + 𝑢𝑧 16 𝑚 . Será

necessário especificar o caminho seguido pela partícula? (b)

Calcule a potência média quando a partícula leva 0,6s para ir

de um ponto ao outro. Exprima sua resposta em watts e HP.

(c) Sendo a massa da partícula 1,0 kg, calcule a variação de

energia cinética.

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Exercícios

7. Uma bomba com 10 kg de massa é largada de um avião que

voa horizontalmente com velocidade 270 km/h. Se o avião está a

100 m de altitude, calcule: (a) a energia cinética inicial da

bomba; (b) sua energia potencial inicial; (c) sua energia total; (d)

sua velocidade quando ela atinge o solo; (e) suas energias

cinética e potencial 10 s após o início da queda.

8. Usando somente a conservação da energia, calcule a

velocidade da bomba do problema anterior quando ela se

encontra a 50 m acima do solo, e sua altitude quando a energia

cinética tiver aumento de 30 % em relação ao valor inicial.