Introdução à Física – Prof - Departamento de Física

UFPR- Introdução à Física para Ciências Biológicas
Exercícios de Dinâmica
1) Utilizando o conceito de impulso e variação do momento linear,
explique por que os animais flexionam as pernas ao cair?
2) Por que o cinto de segurança e o air bag dos carros diminuem a
possibilidade dos passageiros sofrerem ferimentos graves em uma
colisão?
3) Aplicando a segunda lei de Newton, explique qualitativamente por
que os animais pequenos tendem a apresentar acelerações
maiores que os animais grandes?
4) Argumente por que o sistema de freios ABS em um carro é mais
eficiente para pará-lo em uma freada brusca que o sistema de
freios convencional.
5) Explique como uma zona de deformação na parte da frente de um
automóvel pode proteger os passageiros envolvidos em uma
colisão frontal.
6) Utilizando o principio da conservação do momento linear explique
qualitativamente o nado dos animais.
7) O “esqueleto” dos animais trabalha tentando sempre evitar o
atrito entre suas “partes” mecânicas. Entretanto, o atrito
desempenha um papel importante para um aspecto fundamental
da vida dos animais. Explique qual é esse papel e qual é a função
do atrito.
8) Imagine que você esta andando sobre uma superfície
escorregadia, como uma calcada molhada. Você automaticamente
anda a passos mais curtos do que normalmente andaria caso a
calcada estivesse seca. Baseado em seus conhecimentos sobre a
forca de atrito, explique por quê?
9) Uma taca de cristal tem mais chances de quebrar quando cai
sobre um chão de concreto do que quando cai sobre um chão no
qual foi colocado um tapete macio. Explique a razão desse fato.
10)Uma pessoa inicialmente em repouso salta de uma altura de
9,5m. Considerando que sua massa e igual a 65 kg, e que ela e
desacelerada em 0,006 s, calcule:
a) Qual a desaceleração sentida pela pessoa devido ao choque
com o solo;
b) Qual a força sentida devido ao choque?
c) Qual a variação do momento linear?
d) Qual o impulso sofrido?
e) Considerando que a pessoa não flexiona as pernas ao cair e
que todo o impacto seria absorvido pela tíbia (seção reta de
3 cm2), cujo o módulo de Young é 1,7 x 108 N/m2, as pernas
quebrariam devido a queda? Obs: A força de compressão
máxima suportada pelo osso pode ser estimada por A x Y.
11)O módulo de Young de um osso compacto é 180 x 108 N/m2. Qual
o encurtamento relativo do comprimento desse osso, se sobre
uma de suas extremidades for apoiado uma massa de 70 kg,
considerando a área da secção média do osso igual a 0,0027 m2.
12)Considere um carro de 1450 kg movendo-se a 65 km/h. O carro
atinge uma barreira de concreto e pára. Medidas mostram que
frente do carro foi deformada em 40 cm pela colisão. Determine:
a) A velocidade média do carro até parar;
b) A desaceleração do carro até parar;
c) O tempo de desaceleração;
d) A Força que atuou no carro até ele parar.
13)Considerando que no interior do carro do problema 8 havia um
passageiro com massa de 70 kg, calcule a variação de momento
linear do carro e do passageiro.
a) Usando o tempo de desaceleração calculado no item (c) do
problema anterior e utilizando o conceito de impulso,
determine a força média que atuou sobre o carro;
b) No momento da colisão o passageiro estava sem cinto de
segurança e o carro não possuía air-bag. A cabeça da
pessoa é desacelerada ao chocar-se com o pára-brisa do
veículo que sofre uma deformação de 22 cm. Utilizando o
conceito de impulso, determine o tempo de desaceleração
da cabeça e a força média que atuou sobre ela durante a
colisão.
14)Um gato de massa igual a 3,5 kg esta inicialmente parado em
uma caixa com massa de 9 kg que repousa sobre uma superfície
sem atrito. No momento em que o gato salta para a esquerda, a
caixa adquire uma velocidade de 1,5 m/s para a direita. Qual e a
velocidade do gato no momento do salto?
15)Uma marca de material esportivo desenvolveu novas sapatilhas
de atletismo com grande aderencia às pistas de corrida.
Utilizando esse calçado, um atleta com pernas de 75 cm é capaz
de andar, sem escorregar, a passos com comprimento máximo de
1,1 m sobre um determinado material. Calcule o coeficiente de
atrito estático entre a sola dessa sapatilha e o material.
16)Uma espaçonave de massa M esta viajando no espaço com uma
velocidade de vi= 2.100 km/h em relação ao Sol. Em um
determinado instante, ejeta para trás um estagio auxiliar de
massa 0,20 M com velocidade relativa de u = 500 km/h. Qual a
velocidade da espaçonave depois que o estagio foi ejetado?
17)Um garoto puxa horizontalmente, utilizando uma corda, um
engradado de 40 kg que repousa sobre uma superfície horizontal.
Se o coeficiente de atrito estático entre o engradado e o solo for
de 0,5, qual é a tensão máxima na corda necessária para colocar o
engradado em movimento? b) Se o coeficiente de atrito cinético
entre o engradado e o solo for 0,3, qual é a aceleração do
engradado se a tensão na corda for de 185 N?
Respostas dos Problemas
10-a) -2273,33 m/s2 ; b)147766,67 N; c) -887,25 kg.m/s; d) -887,25
kg.m/s;e) Fmax= 51000N < 147766,67 N -> Quebraria!
11) 0,0014 %
d) 620324,5 N
12) a) 9,5 m/s; b) -427,81 m/s2; c) 0,042 s;
13) a) 623154,76 N; b) t= 0,024s e F= 52645,83 N
14) -3,86 m/s
a)196 N; b)1,68 m/s2
15) 1,08
16) 2.200km/h
17)