Lista de exercicios de Física 1: Assunto: Trabalho e Energia

1. Física I - Lista de Exercícios V
CEFET-BA / UE - VITÓRIA DA CONQUISTA
COORDENAÇÃO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
Trabalho e Energia
Ref.: Fundamentos de Física Vol.1 Halliday, Resnick e Walker, Caps.7 e 8.
1. Para empurrar uma caixa de 52 kg sobre um piso sem atrito, um operário aplica uma
força de 190 N, dirigida 22o acima da horizontal. Se a caixa se desloca 3.3 m, qual é
o trabalho executado sobre a caixa: (a) pelo operário, (b) pela força peso da caixa e
(c) pela força normal exercida pelo piso sobre a caixa?
2. Um objeto de 106 kg está inicialmente se movendo em linha reta com uma
velocidade de 51.3 m/s. Se ele sofre uma desaceleração de 1.97 m/s2 até ficar
imóvel, (a) qual a intensidade da força utilizada, (b) qual a distancia que o objeto
percorreu antes de parar e (c) qual o trabalho executado pela força de desaceleração?
(d) responda as perguntas dos itens anteriores para uma desaceleração de 4.8 m/s2.
3. Para empurrar uma caixa de 25 kg por uma rampa sem atrito, com uma inclinação de
27o acima da horizontal, um operário aplica uma força de 120 N. Se a caixa se
desloca 3.6 m, qual é o trabalho executado sobre a caixa: (a) pelo operário, (b) pela
força peso da caixa e (c) pela força normal exercida pelo piso da rampa sobre a
caixa?
4. A figura ao lado mostra um conjunto de polias usado para
facilitar o levantamento de um peso L. Suponha que o atrito
seja desprezível e que as duas polias de baixo, às quais está
presa a carga, pesem juntas 20 N. Uma carga de 840 N deve
ser levantada 12 m. (a) Qual a força mínima F necessária
para levantar a carga? (b) Qual o trabalho executado para
levantar a carga até a altura de 12 m? (c) Qual o
deslocamento da extremidade livre da corda? (d) Qual o
trabalho executado pela força F para realizar esta tarefa? Figura referente ao problema 4
5. Uma arca de 50kg é empurrada por uma distância de 6 m, com velocidade constante,
numa rampa com inclinação de 30o por uma força horizontal constante. O
coeficiente de atrito cinético entre a arca e a rampa é 0.20. (a) Calcule o trabalho
realizado pela força aplicada. (b) Calcule o trabalho realizado pelo peso da arca. (c)
Calcule o trabalho realizado pela força de atrito.
6. A figura ao lado mostra uma mola, cuja extre-
midade livre está preso um ponteiro, colocada
ao lado de uma escala graduada em
milímetros. Três pesos diferentes são
pendurados na mola, tal como ilustrado na
figura. (a) Se não for pendurado peso algum
em tal mola, qual será a indicação do
ponteiro? (b) Quanto vale o peso do bloco W?
7. Se um foguete Saturno V com uma
espaçonave Apolo acoplada possui uma massa
total de 2.9×105 kg e atinge uma velocidade de
11.2 km/s, qual a sua energia cinética nesse
instante? Figura referente ao problema 6
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2. 8. Uma força única age sobre um corpo que está se
movendo em linha reta. A figura ao lado mostra o
gráfico da velocidade em função do tempo para esse
corpo. Determine o sinal (positivo ou negativo) do
trabalho realizado pela força sobre o corpo nos
intervalos AB, BC, CD e DE.
9. Uma mangueira de incêndio é desenrolada puxando-se
horizontalmente uma de suas extremidades ao longo de Figura referente ao problema 8
uma superfície sem atrito com velocidade constante de
2.3 m/s. A massa de 1 m de mangueira é 0.25 kg.Qual a
energia cinética fornecida para desenrolar 12m de
mangueira? Figura referente ao problema 9
10. Um homem que está apostando corrida com o filho tem a metade da energia cinética
do garoto, que tem a metade da massa do pai. Esse homem aumenta a sua velocidade
em 1 m/s e passa a ter a mesma energia cinética da criança. Quais eram as
velocidades originais do pai e do filho?
11. Um caixote com uma massa de 230 kg está pendurado na
extremidade de uma corda de 12 m de comprimento. Ele é
empurrado com uma força horizontal variável F, até deslocá-
lo de 4 m horizontalmente. (a) Qual o módulo de F quando o
caixote se encontra na posição final? (b) Qual o trabalho total
executado sobre o caixote? (c) Qual o trabalho executado
pela corda sobre o caixote? (d) Qual o trabalho executado
pelo peso do caixote?
12. Um bloco de 250 g é deixado cair sobre uma mola vertical Figura referente ao problema 11
com uma constante de mola k = 2.5 N/cm . A compressão
máxima da mola produzida pelo bloco é de 12 cm. (a)
Enquanto a mola está sendo comprimida, qual o trabalho
executado pela mola? (b) Enquanto a mola está sendo
comprimida, qual o trabalho executado pelo peso do bloco?
(c) Qual era a velocidade do bloco quando se chocou com a
mola? (d) Se a velocidade no momento do impacto for
multiplicada por dois, qual será a compressão máxima da
mola? Suponha que o atrito é desprezível. Figura referente ao problema 12
13. Um carrinho de montanha russa sem atrito chega ao alto da primeira rampa da figura a
seguir com velocidade vo. Qual a velocidade (a) no ponto A, (b) no ponto B e (c) no ponto
C? (d) A que altura H chegara a ultima rampa, que é alta demais para ser ultrapassada?
Figura referente ao problema 13
14. Um projétil de massa 2.4 kg é disparado para cima, do alto de uma colina de 125 m
de altura, com uma velocidade de 150 m/s e numa direção que faz 41o com a
horizontal. (a) Qual a energia cinética do projétil no momento em que é disparado?
(b) Qual a energia potencial do projétil no mesmo momento? Suponha que a energia
potencial gravitacional é nula na base da colina (y = 0). (c) Determine a velocidade
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3. do projétil no momento em que atinge o solo. Supondo que a resistência do ar possa
ser ignorada, as respostas acima dependem da massa do projétil?
15. A corda, da figura ao lado, tem L = 120 cm de comprimento
e a distância d até o pino fixo P é 75 cm . Quando a bola é
liberada, a partir do repouso na posição indicada na figura,
descreve a trajetória indicada pela linha tracejada. (a) Qual a
velocidade da bola quando está passando pelo ponto mais
baixo da trajetória e (b) quando chega ao ponto mais alto da
trajetória, depois que a corda toca no pino P?
16. Deixa-se cair um bloco de 2kg de uma altura de 40cm
sobre uma mola cuja constante é k = 1960N/m .
Determine a compressão máxima da mola. Figura referente ao problema 15
17. Uma mola pode ser comprimida 2 cm por uma força de 270 N . Um bloco de 12 kg
de massa é liberado a partir do repouso do alto de um plano inclinado sem atrito cuja
inclinação é de 30o. O bloco comprime a mola de 5.5 cm antes de parar. (a) Qual a
distância percorrida pelo bloco até parar? (b) Qual a velocidade do bloco no instante
em que se choca com a mola?
18. Um pequeno bloco de massa m desliza sem atrito
na pista da figura a seguir. (a) O bloco é liberado
em repouso no ponto P. Qual a força resultante que
age sobre ele no ponto Q? (b) De que altura em
relação ao ponto mais baixo da pista o bloco deve
ser liberado para que esteja na iminência de perder
o contato com a pista no ponto mais alto do semi-
círculo? Figura referente ao problema 18
19. Um menino está sentado no alto de um monte hemisférico de gelo (a metade
superior de um circulo) de raio R. Ele recebe um pequeníssimo empurrão e começa a
escorregar para baixo. Mostre que, se o atrito com o gelo puder ser desprezado, ele
perde o contato com o gelo num ponto cuja altura é 2R/3.
20. O módulo da força de atração gravitacional entre duas partículas de massas m1 e m2
é dado por:
m1m 2
F(x) = G
x2
onde G é uma constante e x é a distância entre as duas partículas. (a) Qual é a forma
funcional da energia potencial gravitacional U(x)? Suponha que U(x) → 0 quando
x → ∞. (b) Qual o trabalho necessário para aumentar a distância entre as partículas
de xa = x1 para xb = x1 + d ?
Respostas
1. W = 581.34 J, W = 0 nos demais casos. 13. VA = V0, VB = (V02+gh)1/2,
2. 208.82 N, 667.94 m, 188 kJ; 508.8 N, VC = (V02+2gh)1/2, H = h + V02/2g
273.56 m, 139 kJ 14. 27 J, 2.94 J, VF = (V02+2gh)1/2
3. 432 J, -400 J, 0 J 15. 4.84 m/s, 2.42 m/s
4. 215 N, 10.32 J, 48 m, 10.32 J 16. 10 cm
5. 1979.22 J, -1470 J, -509.22 J 17. 34.7 cm,1.69 m/s
6. 23 mm, 45.29 N 18. (65)1/2mg, 5R/2
7. 18.19 TJ 19. Demonstração!
8. positivo, nulo, negativo, positivo m1m 2
9. 7.935 J 20. U(x) = - G
x
10. 2.41 m/s, 4.82 m/s
11. 796.9 N, nulo, 1546.9 J
Conferir as respostas durante as aulas de exercícios.
12. -1.8 J, 0.294 J, 3.47 m/s, 0.23 m
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