Lista de exercícios: Dinâmica do movimento circular.

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1 Lista de exercícios: Dinâmica do movimento circular. 1. (VUNESP) Uma partícula de massa m descreve uma trajetória circular com movimento uniforme, no sentido horário, como mostra a figura. Qual dos seguintes conjuntos de vetores MELHOR representa a força resultante F atuando na partícula, a velocidade v e a aceleração a da partícula, no ponto P indicado na figura? a) b) c) d) e) 2. (UFMG) Daniel está brincando com um carrinho, que corre por uma pista composta de dois trechos retilíneos P e R e dois trechos em forma de semicírculos Q e S, como representado nesta figura:

2 O carrinho passa pelos trechos P e Q, mantendo o módulo de sua velocidade constante. Em seguida, ele passa pelos trechos R e S, aumentando sua velocidade. Com base nessas informações, é CORRETO afirmar que a resultante das forças sobre o carrinho a) é nula no trecho Q e não é nula no trecho R. b) é nula no trecho P e não é nula no trecho Q. c) é nula nos trechos P e Q. d) não é nula em nenhum dos trechos marcados. 3. (UFMG) Quando um carro se desloca numa estrada horizontal, seu peso P é anulado pela reação normal N exercida pela estrada. Quando esse carro passa no alto de uma lombada, sem perder o contato com a pista, como mostra a figura, seu peso será representado por P, e a reação normal da pista sobre ele, por N. Com relação aos módulos dessas forças, pode-se afirmar que a) P < P e N = N. b) P < P e N > N. c) P = P e N < N. d) P = P e N > N. e) P > P e N < N. 4. (Cesgranrio) Em uma das missões científicas do Programa Apolo, os astronautas determinaram o período de oscilação de um pêndulo simples na superfície da Lua. As figuras das alternativas a seguir reproduzem a oscilação desse pêndulo desde um dos pontos mais altos de sua trajetória (M) até um outro ponto (N). Em qual das alternativas a seguir está CORRETAMENTE representada a resultante R de todas as forças que atuam sobre a massa do pêndulo simples quando esta passa pelo ponto N? a)

3 b) c) d) e) 5. (PUC-SP 2010) Um automóvel de massa 800 kg, dirigido por um motorista de massa igual a 60 kg, passa pela parte mais baixa de uma depressão de raio = 20 m com velocidade escalar de 72 km/h. Nesse momento, a intensidade da força de reação que a pista aplica no veículo é Adote g = 10 m/s 2. a) N. b) N. c) N. d) N. e) N. 6. (PUC Minas 2009) Um objeto percorre uma circunferência em movimento circular uniforme. A força resultante sobre esse objeto a) é nula, porque não há aceleração. b) é dirigida para o centro. c) é tangente à velocidade do objeto. d) tem sentido contrário ao da velocidade.

4 7. (UFMG) Durante uma apresentação da Esquadrilha da Fumaça, um dos aviões descreve a trajetória circular representada nesta figura: Ao passar pelo ponto mais baixo da trajetória, a força que o assento do avião exerce sobre o piloto é a) igual ao peso do piloto. b) maior que o peso do piloto. c) menor que o peso do piloto. d) nula. 8. (PUC Minas 2010) O diagrama mostra um objeto movendo-se no sentido anti-horário, em uma trajetória circular horizontal. Assinale o diagrama que MELHOR representa a direção e o sentido da velocidade do objeto e a direção e o sentido da força contrípeta sobre ele. a) b) c)

5 d) 9. (PUC Rio) O trem rápido francês, conhecido como TGV (Train à Grande Vitesse), viaja de Paris para o sul com uma velocidade média de cruzeiro v = 216 km/h. A aceleração experimentada pelos passageiros, por razões de conforto e segurança, está limitada a 0,05 g. Qual é, então, o menor raio que uma curva pode ter nesta ferrovia? (g = 10m/s 2 ) a) 7,2 km b) 93 km c) 72 km d) 9,3 km e) Não existe raio mínimo. 10. (UFRGS) Do ponto de vista de um certo observador inercial, um corpo executa movimento circular uniforme sob a ação exclusiva de duas forças. Analise as seguintes afirmações a respeito dessa situação: I. Uma dessas forças necessariamente é centrípeta. II. Pode acontecer que nenhuma dessas forças seja centrípeta. III. A resultante dessas forças é centrípeta. Quais estão CORRETAS? a) Apenas I b) Apenas II c) Apenas III d) Apenas I e III e) Apenas II e III 11. (FGV-SP) Um automóvel de kg entra em uma curva de raio r = 200 m, a 108 km/h. Sabendo que o coeficiente de atrito entre os pneus do automóvel e a rodovia é igual a 0,3, considere as afirmações: I. O automóvel está a uma velocidade segura para fazer a curva. II. O automóvel irá derrapar radialmente para fora da curva. III. A força centrípeta do automóvel excede a força de atrito. IV. A força de atrito é o produto da força normal do automóvel e o coeficiente de atrito. Baseado nas afirmações anteriores, responda: a) Apenas I está correta. b) As afirmativas I e IV estão corretas. c) Apenas II e III estão corretas. d) Estão corretas I, III e IV. e) Estão corretas II, III e IV.

6 12. (UFMG) Observe a figura Essa figura representa três bolas, I, II e III, que estão presas entre si por cordas de 1,0 m de comprimento cada uma. As bolas giram com movimento circular uniforme, sobre um plano horizontal sem atrito, mantendo as cordas esticadas. A massa de cada bola é igual a 0,5 kg, e a velocidade da bola III é de 9,0 m/s. A relação entre as tensões nas cordas 1, 2 e 3, representadas por F 1, F 2 e F 3, respectivamente, é a) F 3 > F 2 > F 1. b) F 3 = F 2 = F 1. c) F 3 < F 2 < F 1. d) F 3 = F 2 e F 3 > F 1. e) F 2 = F 1 e F 2 > F (Cesgranrio) Uma esfera de aço (figura a seguir) suspensa por um fio descreve uma trajetória circular de centro O em um plano horizontal no laboratório. As forças exercidas sobre a esfera (desprezando-se a resistência do ar) são: a) b) c)

7 d) e) 14. (ITA-SP) Para que um automóvel percorra uma curva horizontal de raio dado, numa estrada horizontal, com uma certa velocidade, o coeficiente de atrito estático entre os pneus e a pista deve ter no mínimo um certo valor µ (figura A). Para que o automóvel percorra uma curva horizontal, com o mesmo raio e com a mesma velocidade anterior, numa estrada com sobrelevação (figura B), sem ter tendência a derrapar, o ângulo de sobrelevação deve ter o valor α. Podemos afirmar que a) tg α = µ. b) tg α = gr. c) tg α = µ 2. d) sen α = µ. e) cos α = gr. 15. (Mackenzie-SP) O eixo de um trecho de rodovia está contido num plano vertical e apresenta-se em perfil, conforme indica a figura. O raio de curvatura dos pontos A e B são iguais, e o trecho que contém o ponto C é horizontal. Um automóvel percorre a rodovia com velocidade escalar constante. Sendo N A, N B e N C a reação normal da rodovia sobre o carro nos pontos A, B e C, respectivamente, podemos dizer que a) N B > N A > N C. b) N B > N C > N A. c) N C > N B > N A. d) N A > N B > N C. e) N A = N C = N B. 16. (PUC-SP) Que graça pode haver em ficar dando voltas na Terra uma, duas, três, quatro vezes? Foi isso que a americana Shannon Lucid, de 53 anos, fez nos últimos seis meses a bordo da estação orbital russa Mir [...]

8 VEJA, 2 out Em órbita circular, aproximadamente 400 km acima da superfície, a Mir move-se com velocidade escalar constante de aproximadamente km/h, equivalente a 7,8 x 10 3 m/s. Utilizando-se o raio da Terra como 6 x 10 3 km, qual é, aproximadamente, o valor da aceleração da gravidade nessa órbita? A) Zero B) 1,0 m/s 2 C) 7,2 m/s 2 D) 9,5 m/s 2 E) 11,0 m/s (ITA-SP) Seja F a resultante das forças aplicadas a uma partícula de massa m, velocidade v e aceleração a. Se a partícula descrever uma trajetória plana, indicada pela curva tracejada em cada um dos esquemas a seguir, segue-se que aquele que relaciona CORRETAMENTE os vetores coplanares v, a e F é: a) b) c) d) e) 18. (FUVEST-SP) Um carrinho é largado do alto de uma montanha-russa, conforme a figura.

9 Ele se movimenta, sem atrito e sem soltar-se dos trilhos, até atingir o plano horizontal. Sabe-se que os raios de curvatura da pista em A e B são iguais. Considere as seguintes afirmações: I. No ponto A, a resultante das forças que agem sobre o carrinho é dirigida para baixo. II. A intensidade da força centrípeta que age sobre o carrinho é maior em A do que em B. III. No ponto B, o peso do carrinho é maior do que a intensidade da força normal que o trilho exerce sobre ele. Está CORRETO apenas o que se afirma em a) I. b) II. c) III. d) I e III. e) II e III. 19. (UFV-MG 2008) Uma roda gigante gira com velocidade angular constante, levando três meninos A, B e C, que, em um determinado instante, encontram-se nas posições ilustradas na figura a seguir. Assinale a alternativa que representa CORRETAMENTE as direções e sentidos das forças resultantes que atuam, nesse instante, nos meninos A, B e C, respectivamente: a) b) c)

10 d) 20. (UNESP 2010) Curvas com ligeiras inclinações em circuitos automobilísticos são indicadas para aumentar a segurança do carro a altas velocidades, como, por exemplo, no Talladega Superspeedway, um circuito utilizado para corridas promovidas pela NASCAR (National Association for Stoc Car Auto Racing). Considere um carro como sendo um ponto material percorrendo uma pista circular, de centro C, inclinada de um ângulo e com raio R, constantes, como mostra a figura, que apresenta a frente do carro em um dos trechos da pista. Se a velocidade do carro tem módulo constante, é CORRETO afirmar que o carro a) não possui aceleração vetorial. b) possui aceleração com módulo variável, direção radial e no sentido para o ponto C. c) possui aceleração com módulo variável e tangente à trajetória circular. d) possui aceleração com módulo constante, direção radial e no sentido para o ponto C. e) possui aceleração com módulo constante e tangente à trajetória circular. 21. (Enem 2005) Observe o fenômeno indicado na tirinha adiante. A força que atua sobre o peso e produz o deslocamento vertical da garrafa é a força a) de inércia.

11 b) Gravitacional. c) de empuxo. d) centrípeta. e) elástica. 22. (Enem 2009) O Brasil pode se transformar no primeiro país das Américas a entrar no seleto grupo das nações que dispõem de trens-bala. O Ministério dos Transportes prevê o lançamento do edital de licitação internacional para a construção da ferrovia de alta velocidade Rio-São Paulo. A viagem ligará os 403 quilômetros entre a Central do Brasil, no Rio, e a Estação da Luz, no centro da capital paulista, em uma hora e 25 minutos. Disponível em:. Acesso em: 14 jul Devido à alta velocidade, um dos problemas a ser enfrentado na escolha do trajeto que será percorrido pelo trem é o dimensionamento das curvas. Considerando-se que uma aceleração lateral confortável para os passageiros e segura para o trem seja de 0,1 g, em que g é a aceleração da gravidade (considerada igual a 10 m/s 2 ), e que a velocidade do trem se mantenha constante em todo o percurso, seria correto prever que as curvas existentes no trajeto deveriam ter raio de curvatura mínimo de, aproximadamente, a) 80 m. b) m. c) 430 m. d) m. e) 800 m. 23. (UFG-GO) Um bloco de massa m, preso a uma mola de constante elástica k, descreve um movimento circular uniforme numa mesa horizontal lisa (sem atrito), conforme a figura ao lado. A mola, quando não deformada, tem comprimento L. Quando o bloco gira com velocidade angular h, o raio da trajetória é R. O valor da constante elástica k da mola, considerando que L = 0,6 m; R = 0,8 m; m = 2 kg; = 5 rad/s. a) 50 N/m b) 100 N/m c) 150 N/m d) 200 N/m e) 250 N/m

12 24. Um pequeno bloco de massa m 1 gira sobre uma mesa horizontal sem atrito. Esse bloco está ligado a outro, de massa m 2, por um fio que passa por um orifício existente na mesa. O bloco de massa m 1 descreve um movimento circular uniforme de raio R = 0,50 m e velocidade v = 5,0 m/s, e o bloco de massa m 2 permanece em repouso. Sendo g = 10 m/s 2, determine a relação. a) 0,5 b) 5 c) 50 d) 1 e) 2 Texto para as próximas duas questões. (Fuvest-SP) Um ventilador de teto, com eixo vertical, é constituído por três pás iguais e rígidas, encaixadas em um rotor de raio R = 0,10 m, formando ângulos de 120º entre si. Cada pá tem massa M = 0,20 kg e comprimento L = 0,50 m. No centro de uma das pás foi fixado um prego P, com massa m P = 0,020 kg, que desequilibra o ventilador, principalmente quando este se movimenta. Suponha, então, o ventilador girando com uma velocidade de 60 rotações por minuto. Se necessário utilize =3. Determine a intensidade da força radial F, em newtons, exercida pelo prego sobre o rotor. a) 0,252 N b) 0,371 N c) 0,423 N d) 0,511 N e) 0,123 N

13 25. Determine a massa M 0, em kg, de um pequeno contrapeso que deve ser colocado em um ponto D 0, sobre a borda do rotor, para que a resultante das forças horizontais, agindo sobre o rotor, seja nula. a) 0,020 kg b) 0,030 kg c) 0,040 kg d) 0,050 kg e) 0,070 kg 26. (UFF-RJ) Uma pequena moeda está na iminência de se deslocar sobre uma plataforma horizontal circular, devido ao movimento dessa plataforma, que gira com velocidade angular de 2,0 rad/s. O coeficiente de atrito estático entre a moeda e a plataforma é 0,80. É dado g = 10 m/s 2. Logo, a distância da moeda ao centro da plataforma é: a) 2,0 m. b) 6,4 m. c) 4,0 m. d) 3,2 m. e) 8,0 m 27. (Mackenzie-SP) Na figura, o fio ideal prende uma partícula de massa m a uma haste vertical presa a um disco horizontal que gira com velocidade angular constante. A distância do eixo de rotação do disco ao centro da partícula é igual a 0,1 m Use g = 10 m/s 2. A velocidade angular do disco é: a) 3 rad/s b) 5 rad/s c) 5 rad/s

14 d) 8 rad/s e) 10 rad/s 28. (UFSC) Um piloto executa um looping com seu avião manobra acrobática em que a aeronave descreve um arco de circunferência no plano vertical que atinge, no ponto mais baixo da trajetória, ao completar a manobra, a velocidade máxima de 540 km/h. O raio da trajetória é igual a 450 m e a massa do piloto é 70 kg. Nessas manobras acrobáticas deve-se considerar que a maior aceleração que o organismo humano pode suportar é 9g (g = aceleração da gravidade). Com base nos dados fornecidos, assinale a(s) proposição(ões) correta(s). 01) O piloto é submetido a uma aceleração centrípeta máxima no topo da trajetória, quando a força de sustentação do avião é mínima. 02) A força centrípeta sobre o piloto, na parte mais baixa da trajetória, é cinco vezes maior do que o seu peso. 04) O piloto é submetido a uma aceleração centrípeta máxima igual a 5g (cinco vezes a aceleração da gravidade). 08) A velocidade mínima para que o avião complete a volta, no topo da trajetória, é igual a 270 km/h. 16) A força que o avião faz sobre o piloto, na parte mais baixa da trajetória, é igual a N. 32) A força que o piloto faz sobre o avião é igual ao seu peso, em toda a trajetória. 64) Se o raio da trajetória fosse menor do que 250 m, o piloto seria submetido a uma aceleração centrípeta máxima maior do que 9g (nove vezes a aceleração da gravidade). Dê como resposta a soma dos números que precedem as proposições corretas. 29. (ITA) Uma massa pontual se move, sob a influência da gravidade g e sem atrito, com velocidade angular em um círculo a uma altura h 0 na superfície interna de um cone que forma um ângulo com seu eixo central, como mostrado na figura.

15 a) b) ( ) c) ( ) d) e) Inexistente, pois a única posição de equilíbrio é h=0 30. (IME) Uma mesa giratória tem velocidade angular constante ω, em torno do eixo vertical Y. Sobre esta mesa encontram-se dois blocos, de massa m e M, ligados por uma corda inelástica que passa por uma roldana fixa à mesa, conforme a figura. Considerando que não existe atrito entre a mesa e o bloco M, determine o coeficiente de atrito mínimo entre os dois blocos para que não haja movimento relativo entre eles. Considere d a distância dos blocos ao eixo de rotação. Despreze as massas da roldana e da corda. M>m. Gabarito: 1. D 2. B 3. C 4. B 5. D 6. B 7. B 8. B 9. A

16 10. E 11. E 12. C 13. E 14. A 15. B 16. D 17. E 18. E 19. A 20. D 21. D 22. E 23. D 24. B 25. A 26. E 27. E D 30.