Física II - Prof. Benfica

Física II PROF. BENFICA [email protected] www.marcosbenfica.com LISTA 2 Energia Cinética e Trabalho 1) Em 10 de agosto de 1972 um grande meteorito atravessou a atmosfera sobre o oeste dos
Estados Unidos e do Canadá como uma pedra que ricocheteia na água. A bola de fogo
resultante foi tão forte que pode ser vista à luz do dia, e era mais intensa que o rastro deixado
por um meteorito comum. A massa do meteorito era de aproximadamente 4.106 kg; sua
velocidade, cerca de 15 km/s. Se tivesse entrado verticalmente na atmosfera terrestre ele teria
atingido a superfície da Terra com aproximadamente a mesma velocidade. (a) Calcule a perda
de energia cinética do meteorito que estaria associada ao impacto vertical. (b) Expresse a
energia como um múltiplo da energia explosiva de 1 megaton de TNT, que é 4,2.1015 J. (c) A
energia associada à explosão da bomba atômica de Hiroshima foi equivalente a 13 quilotons de
TNT. A quantas bombas de Hiroshima o impacto do meteorito seria equivalente?
2) Se um foguete Saturno V e uma espaçonave Apollo acoplada a ele tinham uma massa total de
2,9.105 kg, qual era a energia cinética quando atingiram uma velocidade de 11,2 km/s?
3) Um próton (massa m = 1,67.10-27 kg) está sendo acelerado em linha reta a 3,6.1015 m/s2 em
um acelerador de partículas. Se o próton tem uma velocidade inicial de 2,4.107 m/s e se desloca
3,5 cm, determine (a) sua velocidade e (b) o aumento em sua energia cinética.
4) Em uma corrida, um pai tem metade da energia cinética do filho, que tem metade da massa
do pai. Aumentando sua velocidade em 1,0 m/s, o pai passa a ter a mesma energia cinética do
filho. Quais são as velocidades escalares iniciais?
5) Você empurra seu livro de física 1,50 m ao longo do topo de uma mesa horizontal com uma
força horizontal de 2,40 N. A força de atrito que se opõe ao movimento é igual a 0,600 N. (a)
Qual é o trabalho realizado pela sua força de 2,40 N sobre o livro? (b) Qual o trabalho realizado
pela força de atrito sobre o livro? (c) Qual é o trabalho total realizado sobre o livro?
6) (a) Calcule a energia cinética, em joules, de um automóvel de 1600 kg viajando a 50,0 km/h.
(b) Qual é o fator da variação da energia cinética quando a velocidade dobra?
7) Imagina-se que o dinossauro Tyrannosuurus rex possuía massa aproximadamente igual a
7000 kg. (a) Considerando o dinossauro como uma partícula, estime sua energia cinética quando
ele caminha com uma velocidade de 4,0 km/h. (b) Com que velocidade um homem de 70 kg
deveria se locomover para que sua energia cinética fosse igual à energia cinética do dinossauro?
8) Uma bola de beisebol deixa a mão de um jogador com velocidade de 32,0 m/s. A bola de
beisebol pesa cerca de 0,145 kg. Despreze a resistência do ar. Qual é o trabalho realizado pelo
jogador sobre a bola ao atirá-la?
1 9) Uma caixa contendo 12 latas de refrigerante (massa 4,30 kg) está inicialmente em repouso
sobre uma superfície horizontal. A seguir ela é empurrada 1,20 m em linha reta por um cão
treinado que exerce uma força constante de módulo igual a 36,0 N. Use o teorema do trabalhoenergia para achar a velocidade final da caixa se (a) não existe atrito entre a caixa e a superfície;
(b) o coeficiente de atrito cinético entre a caixa e a superfície é igual a 0,30.
10) Dois rebocadores puxam um navio petroleiro. Cada rebocador exerce uma força constante
de 1,80. 106 N, uma a 14º na direção noroeste e outra a 14º na direção nordeste, e o petroleiro é
puxado até uma distância de 0,75 km do sul para o norte. Qual é o trabalho total realizado sobre
o petroleiro?
11) Uma esquiadora aquática é puxada por uma lancha por meio de um cabo de reboque. Ela
esquia lateralmente de modo que o cabo faz um ângulo de 15º com a direção do movimento, e a
seguir continua em linha reta. A tensão no cabo é igual a 180 N. Qual é o trabalho realizado
sobre a esquiadora pelo cabo durante um deslocamento de 300 m?
12) Um trabalhador de uma fábrica exerce uma força horizontal para empurrar por uma distância
de 4,5 m um engradado de 30,0 kg ao longo de um piso plano, com velocidade constante. O
coeficiente de atrito cinético entre o engradado e o piso é igual a 0,25. (a) Qual o módulo da
força aplicada pelo trabalhador? (b) Qual o trabalho realizado por essa força sobre o engradado?
(c) Qual o trabalho realizado pelo atrito sobre o engradado? (d) Qual o trabalho realizado sobre o
engradado pela força normal? E pela força da gravidade? (e) Qual o trabalho total realizado
sobre o engradado?
13) Em 1975, o teto do velódromo de Montreal, com um peso de 360 kN, foi levantado 10 cm
para que pudesse ser centralizado. Que trabalho foi realizado sobre o teto pelas forças que o
ergueram?
14) Em 1960, uma mulher de Tampa, na Flórida, levantou uma das extremidades de um carro
que havia caído sobre seu filho quando um macaco quebrou. Se a aflição a levou a levantar
4000 N (cerca de 1/4 do peso do carro) por uma distância de 5,0 cm, que trabalho sua força
realizou sobre o carro?
15) Um corpo de massa m = 5 kg desloca-se com velocidade inicial de 20 m/s. Sob a ação de
uma força, sua velocidade passa a 50 m/s. Determine o trabalho realizado por essa força durante
o tempo de sua atuação.
16) O gráfico ao lado representa a ação de uma força sobre um corpo de massa 3 kg que se
move em linha reta. Na posição S = 0, ele está em repouso. Calcule sua velocidade em S = 20
m.
2 17) Durante o semestre de primavera do MIT, os estudantes de dois dormitórios vizinhos travam
batalhas com grandes catapultas feitas com meias elásticas montadas nas molduras das janelas.
Uma bola de aniversário cheia de corante é colocada em uma bolsa presa na meia, que é
esticada até a extremidade do quarto. Suponha que a meia obedeça à lei de Hooke com uma
constante elástica de 100 N/m. Se a meia é esticada 5,00 m e liberada, que trabalho a força
elástica da meia realiza sobre a bola quando a meia volta ao comprimento normal?
18) Na figura abaixo um bloco de massa m repousa em uma superfície horizontal sem atrito e
está preso a uma mola horizontal (de constante elástica k) cuja outra extremidade é mantida fixa.
O bloco está em repouso na posição onde a mola está relaxada (x = 0) quando uma força F no
sentido positivo do eixo x é aplicada. O gráfico a seguir mostra a energia cinética do bloco em
função da posição x após a aplicação da força. A escala vertical do gráfico é definida por Ks = 4,0
J. (a) Qual é o módulo de F? (b) Qual é o valor de k?
19) Um bloco de 5,0 kg se move em uma linha reta sobre uma superfície horizontal sem atrito
sob a influência de uma força que varia com a posição, como mostra a figura abaixo. A escala
vertical do gráfico é definida por Fs = 10,0 J. Qual é o trabalho realizado pela força enquanto o
bloco se desloca da origem até x = 8,0 cm?
20) Um bloco de 100 kg é puxado com velocidade constante de 5,0 m/s através de um piso
horizontal por uma força de 122 N que faz um ângulo de 37º acima da horizontal. Qual é a taxa
com a qual a força realiza trabalho sobre o bloco?
21) Se um elevador de uma estação de esqui transporta 100 passageiros com um peso médio de
660 N até uma altura de 150 m em 60,0 s, com velocidade constante, que potência média é
exigida da força que realiza esse trabalho?
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