ESCOLA SECUNDÁRIA DE CASQUILHOS FQA – Ficha 3 - Forças fundamentais, leis de Newton e Lei da gravitação universal 11.º Ano | Turma A e B | 1 outubro 2014 NOME ___________________________________________ Nº __ Turma __ 1. Associe um número da coluna 1 a uma letra da coluna 2 de modo a obter correspondências corretas. Coluna 1 I) Força nuclear forte (C) II) Força eletromagnética (D) III) Força nuclear fraca (B) IV) Força gravitacional (A) Coluna 2 A) força com que a Terra e a Lua se atraem. B) responsável pelo decaimento de um protão num neutrão. C) força que une os quarks na formação de protões e neutrões. D) força de atrito. 2. Na Física contemporânea, todos os fenómenos podem ser descritos pelas quatro forças fundamentais: • a gravitacional, que atua entre corpos e partículas que possuem massa. • a eletromagnética, que atua entre corpos e partículas que possuem carga elétrica. • a nuclear forte, que atua entre protões e neutrões no interior do núcleo dos átomos. • a nuclear fraca, que é responsável pelos processos de transformação de um protão em um neutrão, ou vice-versa. Assim sendo, uma reação química é uma manifestação: (A) (B) (C) (D) X (E) de uma combinação das forças gravitacional e eletromagnética. da força gravitacional. da força nuclear forte. da força eletromagnética. da força nuclear fraca. 3. Um camião puxa um reboque sobre uma estrada horizontal. Pode afirmar-se que a força que o camião exerce sobre o reboque é, em módulo: (A) X (B) (C) (D) (E) igual à força que o reboque exerce no camião simétrica da força que o reboque exerce no camião igual à força que o reboque exerce sobre a estrada igual à força que a estrada exerce sobre o reboque igual à força que a estrada exerce sobre o camião 1 4. “A uma ação corresponde uma reação de igual módulo mas de sentido oposto”. Essa afirmação corresponde à… (A) primeira Lei de Newton (B) segunda Lei de Newton X (C) terceira Lei de Newton (D) lei da Gravitação Universal (E) lei da Inércia 5. De acordo com a Primeira Lei de Newton podemos afirmar: X (A) Um corpo tende a permanecer em repouso ou em movimento retilíneo uniforme se a resultante das forças que atuam sobre ele for nula. (B) Um corpo permanece em movimento apenas enquanto houver uma força a atuar sobre ele. (C) Quando a resultante das forças que atuam sobre um corpo é igual a zero, esse corpo somente pode estar em repouso. (D) A inércia de um objeto é independente da sua massa. (E) Uma partícula tende a permanecer em repouso se a sua aceleração for constante. 6. Observe atentamente as figuras e indique a força que corresponde a cada uma das frases que se seguem: (A) - Força exercida pela parede na mão da menina. (B) - Força exercida no solo pelo pé da menina. (C) - Força exercida pelo rapaz A no cordel. (D) - Força exercida pelo cordel na mão do rapaz B. 7. Explique qual é a função do cinto de segurança de um carro, utilizando o conceito de inércia. De acordo com a lei da inércia qualquer corpo permanece no seu estado de repouso ou de movimento retilíneo uniforme a não ser que uma força atue sobre ele. Assim, um corpo em movimento tende a manter o seu estado de movimento e um corpo parado tende a permanecer parado. Por isso, se estivermos dentro de um carro que se movimenta com uma certa velocidade e o condutor tiver de efetuar uma travagem brusca, de acordo com a lei da inércia, o condutor tenderia a manter o seu estado de movimento e consequentemente seria projetado contra o volante. O cinto de segurança impede que isso aconteça. 2 8. Um foguete está com os motores ligados e movimenta-se no espaço, longe de qualquer planeta. Em certo momento, os motores são desligados. O que irá ocorrer? Qual a lei física que explica esse acontecimento? A lei física que explica este acontecimento é a lei da inércia. Se os motores de propulsão forem desligados a força de propulsão dos gases de escape deixa de existir e como estamos longe de qualquer planeta também não atua nenhuma força gravítica no foguete. Então, de acordo com a lei da inércia, o foguete tenderia a mover-se com a velocidade que tinha no momento em que os motores foram desligados. 9. Considere a figura: A intensidade das forças , e são respetivamente 10 N, 15 N e 20 N. A massa do bloco é 10 Kg. a) Calcule a força resultante. b) Calcule a aceleração. c) Sabendo que o bloco estava inicialmente em repouso indique se o movimento é uniformemente acelerado, uniformemente retardado ou uniforme. Justifique a sua resposta. a) b) c) Se o bloco estava em repouso = + + = e passou a deslocar-se no sentido positivo, com Fr = -F1 + F2 + F3 Fr = m × a aceleração constante, então -2 a= = 2,5 ms podemos afirmar que o Fr = -10 +15 + 20 = 25 N movimento do bloco passou a ser retilíneo uniformemente acelerado no sentido positivo da trajetória. 10. Um halterofilista levanta um peso de 160 kg desde o solo até uma altura de 2,20 m. a) Determine o trabalho da força aplicada pelo halterofilista durante essa tarefa? b) Determine o trabalho realizado pela força gravítica do peso elevado. a) b) 3 = 3,52 × 10 J 11. Observe a figura: y x 3 O corpo representado tem 2000 g e desloca-se de 10,0 m, ao longo de uma superfície horizontal, sofrendo a ação da força de intensidade 10,0 N. A força de atrito entre o bloco e o plano e de 2,0 N. Considere a aceleração da gravidade igual a 10 ms-2. a) Calcule o valor da força resultante ( ). b) Determine o valor da aceleração do corpo. c) Determine o valor da reação normal. d) Determine o trabalho da resultante das forças aplicadas sobre o corpo. a) b) = + + + = Segundo o eixo dos xx Fr = -Fx + Fa Fr = -F × cos 37 + Fa Fr = -10,0 × cos 37 + 2,0 Fr = -6,0 N Fr = m × a -6,0 = 2,0 × a a= = - 3,0 ms-2 c) Segundo o eixo dos yy Fy + RN - P = 0 F× cos 53 + RN - m×g = 0 10,0 × cos 53 + RN - 2,0 ×10 = 0 RN = 20 - 6,0 = 14 N d) = 60 J 12. Um bloco de massa M desliza uma distância L ao longo de um plano inclinado que faz um ângulo θ com a horizontal como se pode observar na figura: Podemos afirmar que a variação de energia cinética até à base do plano é: (A) ∆Ec = M g L tan θ (B) ∆Ec = M g L (C) ∆Ec = M g L cos θ X (D) ∆Ec = M g L sin θ = porque = mas segundo a direcção normal existe duas forças aplicadas no corpo que são a e . Como estas duas forças têm a mesma intensidade e sentidos opostos a resultante das forças segundo a direcção normal é zero pois é a diferença entre as duas. Assim, a só tem componente segundo a direcção tangencial que é a componente tangencial do peso do corpo, então de acordo com a lei do trabalho energia leccionada no 10º ano podemos escrever: WFr = Ec Fr ×r× cos α = Ec Mgsenϴ × r × cos α = Ec Mgsenϴ × L × cos 0 = Ec Mgsenϴ × L = Ec que é a opção D 4 13. A lei da Gravitação universal pode ser matematicamente expressa por: onde F G representa o valor da força de atração gravitacional, G a constante de gravitação universal, M e m as massas dos corpos e d a distância entre os corpos. Se, na utilização da expressão acima, todas as grandezas estiverem expressas no Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade da constante de gravitação será: (A) N m g-1 (B) Kgf m g-1 (C) N m2 g-2 X (D) N m2 kg-2 14. Determine a força de atração gravitacional da Terra sobre a Lua, sabendo que a massa da Lua é igual a 7,35×1022 kg, a massa da Terra é igual a 5,97×1024 kg e a distância do centro da Terra ao centro de gravidade da Lua é 3,84×105 km N 15. Um satélite (S) gira em torno de um planeta (P) numa órbita circular. Assinale, de entre as opções abaixo, aquela que melhor representa a resultante das forças que atuam sobre o satélite. X 16. A força da atração gravitacional entre dois corpos celestes é inversamente proporcional ao quadrado da distância entre os dois corpos. Assim, quando a distância entre um cometa e o Sol diminui para metade, a força de atração exercida pelo Sol sobre o cometa: (A) diminui para metade X (B) quadruplica (C) diminui 4 vezes (D) duplica = 17. Considere um corpo A de massa 20 kg. Para que este corpo atraia o planeta Terra com uma força de 50 N a sua distância à superfície terrestre deve ser aproximadamente igual: 5 X (A) ao raio da Terra; (B) ao quádruplo do raio da Terra; (C) ao dobro do raio da Terra; (D) a metade do raio da Terra; Considere: MT = 5,97×1024 kg ; G = 6,67×10-11 Nm2kg-2 e = 1,26 ×107 m = m 6