Departamento de Física da Universidade de Coimbra Física Geral I

Departamento de Física da Universidade de Coimbra
Física Geral I (Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica)
Exame Final - Época de Recurso
2013/2014
14:30, 11 de julho de 2014
1.
As alíneas seguintes não estão necessariamente relacionadas entre si. Justificar todas as respostas.
a)
Definir força de atrito estático e força de atrito cinético (ou dinâmico).
Como se relacionam estas forças com a reação normal da superfície onde
m1
assentam os corpos a ela sujeitos? Identificar os símbolos utilizados e as
unidades do S.I em que se expressam. Quando o sistema representado na
m2
figura é abandonado em repouso, verifica-se que os corpos ficam em
repouso se !! ! !"" g e !! ! !" g, mas que estarão em movimento acelerado se !! ! !"" g e
!! ! !"# g. O que pode dizer sobre o coeficiente de atrito estático entre o corpo de massa !! e a
superfície sobre a qual está assente? Desprezar a massa da roldana e o atrito no eixo da roldana.
b)
Definir velocidade terminal. Mostrar que para uma esfera de raio ! e densidade ! que cai através de
um fluido com viscosidade ! e com densidade muito inferior à da esfera, a velocidade terminal é dada
c)
por !! ! !! ! !"
!! .
O que é o efeito Doppler? O que acontece se a velocidade do emissor ultrapassar a velocidade de
propagação no meio?
As respostas às questões seguintes devem ser convenientemente justificadas ou comentadas.
Representar e identificar as forças e os referenciais considerados.
Quando necessário usar g = 9,8 m/s2.
2.
Partindo do repouso uma criança empurra um carrinho com 10 kg de massa que leva no seu interior
um cão com 5 kg de massa, aplicando uma força com intensidade de 5 N durante 4 segundos, num
plano horizontal. O cão está inicialmente em repouso relativamente ao carrinho.
a)
Qual a velocidade do conjunto no final do impulso?
b)
Qual a velocidade com que fica o carrinho, se após o impulso o cão saltar para a frente com uma
velocidade horizontal de 2 m/s relativamente ao carrinho?
c)
E qual seria a velocidade se o cão tivesse saltado para trás, relativamente ao sentido do movimento do
carrinho, com velocidade horizontal de 3 m/s relativamente ao carrinho?
3.
Um recipiente encontra-se parcialmente cheio, com ! ! !" cm de altura de água, que se
escoa por um pequeno orifício com raio de 4 mm na sua base. O recipiente é alimentado
por uma torneira, como se representa na figura. Considerar que a secção do recipiente é
muito maior que a secção do orifício na sua base. Considerar para a pressão atmosférica o
valor 1!105 Pa.
a)
Determinar a velocidade com que a água sai pelo orifício e o caudal correspondente, se a torneira se
encontrar inicialmente fechada, na situação indicada.
b)
Se a torneira debitar um caudal de 200 ml/s quando se encontra completamente aberta, o nível da
água vai subir no recipiente. Qual terá de ser a altura mínima do recipiente para que a água não
transborde?
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2013/2014
Exame Final - Época de Recurso
4.
14:30, 11 de julho de 2014
Considerar o sistema representado na figura, no qual o bloco superior se
2 kg
encontra ligado à parede por um cabo com comprimento constante. O
F
4 kg
coeficiente de atrito estático e cinético é de 0,60 e 0,30, respectivamente, entre
todas as superfícies em contacto. Não esquecer que deve representar as forças
aplicadas a cada um dos blocos, usando um esquema separado para cada bloco, na sua resolução.
a)
Determinar a intensidade da força ! necessária para manter o bloco inferior com movimento uniforme
e a intensidade da tensão da corda nessa situação.
b)
Mantendo aplicada a força ! calculada na alínea anterior, qual será a aceleração do bloco inferior
depois de este perder o contacto com o bloco superior?
5.
Considerar um corpo com massa ! ! ! kg e velocidade inicial
! ! ! m/s, como se indica na figura. Após subir o declive com
k
B
H
altura ! ! !!! m o corpo choca com a extremidade livre de uma
vo
mola, com constante de elasticidade ! ! !""" N/m, ficando
m
A
preso à extremidade da mola. Desprezar o atrito do corpo com a superfície sobre a qual desliza.
a)
Qual o trabalho realizado pelo peso quando o corpo sobe a rampa e qual a velocidade com que o corpo
atinge a mola?
b)
Qual a lei do movimento do corpo após ficar preso à extremidade da mola? Qual o valor da energia
cinética máxima e da energia potencial elástica máxima, durante o movimento oscilatório do corpo, e
em que posições são atingidas? Admitir que durante o movimento oscilatório o corpo se mantém no
plano horizontal.
Formulário (a utilização destas expressões deve ser convenientemente justificada)
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