Parte B Física 1- Movimento a uma dimensão 1– Considere o gráfico da figura a seguir, que representa a função v(t), relativa a um dado movimento rectilineo. v (m s−1 ) 30 1.1 – Qual o valor da velocidade inicial do móvel? 20 1.2 – Qual o escalar da aceleração do móvel? 10 1.3 – Determine, por meio do gráfico, o espaço per0 1 2 3 t (s) corrido pelo móvel durante os 3 s iniciais? −10 −20 30 m s−1 −15 m s−2 37.5 m 2– Considere o gráfico da figura a seguir, que representa a função v(t), relativa a um dado movimento rectilineo. 2.1 – Qual o valor da velocidade inicial do móvel? 2.2 – Determine o(s) instante(s) em que o móvel ini- v ciou inversão do sentido de marcha. 2.3 – Determine o(s) intervalo(s) de tempo em que o móvel esteve parado. 2.4 – Determine o(s) intervalo(s) de tempo em que a aceleração do móvel foi nula. 2.5 – Determine, por meio do gráfico, o espaço percorrido pelo móvel durante os 4 s iniciais? 0 m s−1 (m s−1 ) 10 5 0 2 −5 4 6 8 t (s) −10 27.5 m 3– Considere o gráfico da figura a seguir, que representa a função v(t), relativa a um dado movimento rectilineo. Determine: 3.1 – a aceleração do móvel nos intervalos de tempo [0 ; 2] s, [2 ; 3] s, [5 ; 6] s, [7 ; 9] s, [9 ; 11] s e [11 ; 12] s; 3.2 – o espaço percorrido e a velocidade média do móvel durante os 7 s iniciais; 3.3 – o espaço percorrido e a velocidade média do móvel durante os 5 s finais; 3.4 – o espaço percorrido e a velocidade média do móvel no deslocamento total efectuado. 3.5 – Admitindo que o móvel partiu da origem, determine a posição do móvel ao fim dos 12 s de movimento. 10 v (m s−1 ) 10 35 m ; 5 m s−1 5 0 −5 −10 8 10 12 2 4 6 35 m ; 7 m s−1 t (s) 70 m ; 5.8 m s−1 0m 4– Um automóvel está a deslocar-se de leste para oeste. Será possível que tenha uma velocidade orientada para oeste e simultaneamente uma aceleração orientada para leste? Em que circunstâncias? 5– Uma professora de física sai de casa e dirige-se a pé para o campus. Após 5 min começa a chover e ela retorna a casa. A sua distância à casa em função do tempo é indicada pelo gráfico da figura. Indique em qual dos pontos indicados no gráfico a velocidade é: 5.1 – zero; 5.2 – constante e positiva; 5.3 – constante e negativa; 5.4 – crescente em módulo; 5.5 – decrescente em módulo. 6– A figura seguinte mostra a velocidade em função do tempo para um carro movido a energia solar. O motorista acelera desde a partida, deslocando-se depois durante 20 s com velocidade constante de 60 km h−1, e de seguida trava, parando 40 s após a partida. Determine a sua aceleração média para os seguintes intervalos de tempo: 6.1 – de t = 0 s até t = 10 s; 6.2 – de t = 30 s até t = 40 s; 6.3 – de t = 10 s até t = 30 s; 6.4 – de t = 0 s até t = 40 s. 7– Uma partícula, inicialmente em repouso e na origem de uma trajectória rectilínea, move-se com aceleração constante igual a 5 m s−2. 7.1 – Escreva a expressão da lei das velocidades do referido movimento. Trace o gráfico correspondente a essa função. v=5 t 7.2 – Escreva a expressão da lei horária e represente-a graficamente. x=2.5 t2 7.3 – Calcule a velocidade do móvel quando a sua posição é x = 10 m. v=10 m s−1 8– Uma partícula desloca-se sobre uma recta e inicia o seu movimento a partir de um ponto que se situa a −2 m da origem. No instante inicial o móvel apresenta uma velocidade escalar de 3 m s−1 e move-se com a aceleração escalar constante de −1 m s−2. 8.1 – Escreva as expressões que traduzem as funções x(t) e v(t). x=−2+3t−0.5t2 v=3−t 8.2 – Trace os gráficos correspondentes às funções referidas em 8.1. 8.3 – Determine o(s) instante(s) em que a partícula passou pela origem. √ 3± 5 8.4 – Determine a posição da partícula quando a sua velocidade é nula. 2.5 m 11 9– Uma bicicleta desloca-se a 18 km h−1. Na posição 0 m o ciclista trava durante 10 s com uma aceleração constante até parar. Determine: 9.1 – a aceleração da bicicleta; a=−0.5 m s−2 9.2 – a distância percorrida pela bicicleta até parar; 25 m 9.3 – a posição da bicicleta no instante 8 s; 24 m 9.4 – a velocidade da bicicleta quando a mesma se encontra na posição 9 m. v=4 m s−1 10– Um comboio desloca-se com a velocidade de 180 km h−1. O maquinista começa a reduzir uniformemente a velocidade de modo a passar na estação seguinte com a velocidade de 45 km h−1, sendo a duração da travagem de 25 s. Calcule: 10.1 – o escalar da aceleração durante a travagem; a=−1.5 m s−2 10.2 – o percurso efectuado pelo comboio durante a travagem. ∆x=781.25 m 11– Uma partícula desloca-se com um movimento que pode considerar-se resultante da composição de dois movimentos simultâneos e independentes: um, uniformemente acelerado ao longo do eixo dos xx; outro, uniforme ao longo do eixo dos yy. Uma lei possível para descrever o movimento desta partícula pode ser traduzido pela equação: 11.1 – ~r = 2.0 t2 êx + 1.0 êy 11.2 – ~r = 1.0 t2 êx − 2.0 t êy 11.3 – ~r = 1.0 t êx + 1.0 t2 êy 11.4 – ~r = 2.0 êx + 2.0 t2 êy 11.5 – ~r = 2.0 t êx + 1.0 t êy alínea 11.2 12 2- Movimento de projecteis 1– Num jogo de basquetebol, a bola foi lançada de uma distância horizontal de 8 m do cesto. Sabendo que o aro se encontrava 1.2 m acima da posição de lançamento da bola e que esta esteve no ar durante 1.6 s até encestar, calcule: 1.1 – o ângulo formado pela direcção da velocidade da bola com a horizontal, no instante de lançamento; g=9.8 m s−2 1.2 – o instante em que a bola atingiu a altura máxima. t∼0.88 s θ0 ∼60° 2– Deixa-se cair do alto de um prédio uma pedra que chega ao solo após 3 s. 2.1 – Calcule, desprezando a resistência do ar: 2.1.1 – a altura do prédio 2.1.2 – a velocidade com que a pedra chega ao solo. g=9.8 m s−2 h=44.1 m v=29.4 m s−1 2.2 – Os resultados da alínea anterior seriam alterados se tivesse sido usado uma pedra maior? Justifique a sua resposta. 3– Com a mão a 1 m do solo um rapaz lança ao ar uma bola que atinge, relativamente ao solo, a altura de 4 m. Considere g = 10 m s−2. 3.1 – Determine a velocidade com que a bola foi lançada. v=7.75 m s−1 3.2 – Calcule o intervalo de tempo que decorreu entre o instante em que a bola foi lançada e o instante em que a mesma tocou o solo. ∆t=1.67 s 4– Um avião, voando horizontalmente a 180 m de altitude, precisa de largar um saco com mantimentos no centro de uma povoação. O módulo da sua velocidade é constante e igual a 100 m s−1. 4.1 – A que distância do centro da povoação terá de situar-se a vertical que passa pelo ponto de lançamento? ∆x=600 m 4.2 – Com que velocidade chega o saco ao solo? v∼117 m s−1 5– Uma raqueta bate numa bola de ténis a 0.50 m do chão, comunicando-lhe uma velocidade de 20 m s−1 segundo um ângulo de 15° com a horizontal. A bola move-se num plano perpendicular à rede, a qual tem 1.0 m de altura e se encontra a 20 m do ponto de lançamento. Verifique se a bola passa ou não por cima da rede. 13 não passa 6– Um jogador de futebol chuta, de uma altura de 20 cm, uma bola com uma velocidade de 20 m s−1 fazendo um ângulo de 60° com a horizontal, em direcção a uma baliza cuja barra está a 2.3 m de altura. A distância do jogador à boca da baliza é de 30 m. Verifique se há golo. não há golo 7– Numa competição, uma motorizada depara-se com um fosso de 12 m de largura. Para possibilitar o salto há, antes do fosso, uma rampa com a inclinação de 20°. 7.1 – Qual deverá ser a velocidade mínima da motorizada, no final da rampa, para saltar uma distância de 12 m, necessária para ultrapassar o fosso? v∼14 m s−1 7.2 – Discutir a validade do resultado obtido na alínea anterior, tendo em conta as aproximações efectuadas na sua resolução. 8– O tiro com flechas e arco é um desporto conhecido desde o século XII a.C. Para que uma flecha tenha um alcance máximo deve ser lançada com um ângulo de 45° (desprezando a resistência do ar). Este é o ângulo para o qual os valores das componentes horizontal e vertical da velocidade inicial são iguais. Supondo que se atira uma flecha com uma velocidade inicial de 50 m s−1 com os seguintes ângulos: i) 30°; ii) 45°; iii)60°, e admitindo que a flecha é atirada ao nível do chão, determinar para cada caso: v0x =v0 cos θ0 8.1 – as componentes horizontal e vertical da velocidade de lançamento; v0y =v0 sin θ0 8.2 – o tempo que a flecha permanece no ar, evidenciando na expressão resultante a componente vertical da velocidade; t=2v0y /g 8.3 – o alcance da flecha, evidenciando na expressão resultante a componente horizontal da velocidade. xmax =v0x tvoo 8.4 – Que conclusões se podem tirar dos resultados obtidos nas alíneas anteriores? 8.5 – Elaborar um texto em que se expliquem as razões pelas quais o alcance é máximo para um ângulo de lançamento igual a 45°. 14 3- Movimento circular 1– Uma partícula animada de movimento circular e uniforme percorre um quarto de circunferência em 2.0 s. Determine para esta partícula: 1.1 – a frequência; f =0.125 s−1 1.2 – a velocidade angular. ω=π/4 rad s−1 2– Uma roldana de raio 0.20 m executa 120 rotações por minuto. Relativamente a um ponto da periferia, determine: 2.1 – o período; P=0.5 s 2.2 – a velocidade angular; ω=4π rad s−1 2.3 – a velocidade linear. v=2.51 m s−1 3– Numa pista circular de raio 100 m, um ciclista executa meia volta em 25 s, a velocidade constante. Para o movimento do ciclista, determine: 3.1 – o período; P=50 s 3.2 – a frequência; f =0.02 s−1 3.3 – a velocidade linear; v=4π m s−1 3.4 – a aceleração centrípeta. ac ∼1.6 m s−2 4– Um ponto material desloca-se sobre um arco de circunferência de raio 600 m, com velocidade linear de 30 m s−1. Determine: 4.1 – a velocidade angular do móvel; ω=0.05 rad s−1 4.2 – a aceleração centrípeta de que o móvel está animado. ac =1.5 m s−2 5– Uma partícula percorre uma trajectória circular de raio igual a 4.0 m. Os valores das velocidades nas posições A, B e C são, respectivamente: vA = 3.0 m s−1, vB = 4.0 m s−1 e vC = 5.0 m s−1. y 5.1 – Escreva as expressões do vector velocidade em A, B e C. B ~vB ~vA =(0,3) m s−1 x 0 30° ~vA A 5.2 – Escreva a expressão do vector deslocamento entre as posições A e C. 5.3 – Determine a aceleração média do movimento entre B e C sabendo que a partícula demora 3.0 s a percorrer essa distância. 15 ~vB =(−3.46,−2) m s−1 ~vC =(5,0) m s−1 ∆~r=(−4,−4) m C ~vC ~amed =(2.82,0.67) m s−2 6– Uma partícula material descreve uma trajectória circular de raio 4.0 m. A equação escalar do movimento sobre a trajectória é: s(t) = 3.0 t2 − 6.0 t + 1.0 (SI) 6.1 – Caracterizar, justificando, este movimento. m.circ.u.a. 6.2 – Determinar o módulo da aceleração no instante t = 3.0 s. a∼36.5 m s−2 7– Um ciclista desloca-se de A até B segundo o sentido representado na figura. O raio da trajectória é de 2.0 m. A norma da aceleração em B é de 10.0 m s−2. Determine: A 7.1 – Os vectores de posição em A e em B, considerando como origem do referencial o centro da trajectória e eixos ortonormados; 0 ~a 7.2 – A aceleração normal em B; 37° 7.3 – O valor da velocidade em B; ~v 7.4 – O valor da aceleração tangencial em B. B ~rA =(0,2) ~rB =(−1.2,−1.6) an =7.99 m s−2 v=4 m s−1 at =6 m s−2 8– A lei do movimento de uma partícula material é dada pela expressão: ~r(t) = (2.0 t − 4.0) êx − (t2 − 4.0) êy SI 8.1 – Determine a equação da trajectória. y=−2 x−x2 /4 8.2 – Determine, para o instante t = 2.0 s: 8.2.1 – a velocidade da partícula; 8.2.2 – a aceleração tangencial da partícula; 8.2.3 – o raio da trajectória. ~v=(2,−4) m s−1 at =1.79 m s−2 R=22.5 m 9– As três partículas A, B e C têm trajectórias circulares de raio 5.0 m, sendo |~a| = 20 m s−2. No instante inicial têm, respectivamente, as velocidades ~vA , ~vB e ~vC indicadas na figura. ~vA 0 ~a 30° A ~vC ~vB 135° 0 B 0 ~a C ~a |~vA |=9.3 m s−1 |~vB |=8.4 m s−1 9.1 – Calcule |~vA |, |~vB | e |~vC |. |~vC |=10 m s−1 9.2 – Calcule o valor de at em cada caso. 9.3 – Caracterize cada um dos movimentos no instante inicial. 16 10m s−2 ;14m s−2 ;0m s−2