www.fisicadivertida.com.br PROF IVÃ PEDRO TEXTOS PARA O ENEM TEXTO 5 – 1ª LEI DE NEWTON 1 – A INÉRCIA NO DIA A DIA O índice de mortalidade no trânsito brasileiro é muito alto quando comparado com outros países do mundo. Em uma tentativa de mudar esse quadro, foi lançado recentemente o Novo Código Nacional de Trânsito, que traz em um de seus capítulos a obrigatoriedade do uso dos cintos de segurança. Na verdade, mais do que uma lei, é necessário uma verdadeira conscientização da população, visto que a aquisição de bons hábitos ao volante é uma das melhores prevenções que se pode criar contra acidentes. Durante uma colisão de um carro com outro ou com um poste, por exemplo, os seus ocupantes continuam a mover-se para frente e usualmente, se estiverem sem o cinto de segurança, são lançados contra o volante, podendo ainda atingir o para-brisa. O passageiro que está à direita do motorista também permanece em movimento, atingindo o parabrisa e a parte superior do painel. Nos assentos traseiros os passageiros, se também não estiverem usando o cinto de segurança, continuarão em movimento, podendo, a depender da velocidade desenvolvida pelo carro, passar por cima dos assentos dianteiros e também atingirem o para-brisa. Cintos de segurança, presos aos bancos, ajudarão a manter o motorista e os passageiros em seus assentos, evitando assim, contusões mais graves. Analisando a situação descrita através de um pensamento científico, percebemos que na verdade o cinto de segurança serve para impedir uma tendência natural dos passageiros (ou de qualquer outro corpo) quando em movimento: permanecer em movimento. PENSANDO COMO NEWTON 2 – FORÇA RESULTANTE As variações que ocorrem no movimento (aumentar, diminuir a velocidade, enfim, sofrer aceleração) devem-se a uma força ou combinação de forças. Uma força, no sentido mais simples, é um empurrão ou puxão. Quando mais de uma força atuar sobre um objeto, nós levaremos em conta a força resultante. Por exemplo, se duas pessoas puxam um objeto num mesmo sentido com forças iguais, as forças dos dois se combinam para produzir uma força resultante duas vezes maior do que uma única força. Se cada uma delas puxar com iguais forças em sentidos opostos, a força resultante será nula. As forças iguais, mas orientadas em sentidos opostos, cancelam-se mutuamente. www.fisicadivertida.com.br PROF IVÃ PEDRO 3 – CONDIÇÕES DE EQUILÍBRIO Olhe o quadrinho abaixo: O inoportuno vizinho está pendurado e tem massa de 50 quilogramas. O fio esticado está submetido a uma “força de estiramento” chamada de tensão. O vizinho é atraído pela Terra por uma força gravitacional de 500 Newtons ou de 50 quilogramas-força. Tanto quilograma-força como newton são unidades de peso, que por sua vez é uma força. Observe que são duas forças agindo sobre o vizinho – a força de tensão no fio para cima e o peso dele para baixo. Como as duas forças agindo sobre o homem são iguais e opostas, elas se anulam. Daí o vizinho permanece em repouso assistindo a TV. Quando a força resultante sobre alguma coisa é nula, dizemos que ela está em equilíbrio mecânico. O repouso é apenas uma forma de equilíbrio. Um objeto que se mova com velocidade constante numa trajetória retilínea também se encontra em equilíbrio. O equilíbrio é um estado em que não ocorrem mudanças. Seja em repouso ou em MRU um corpo está em equilíbrio. OLHA O RESUMÃO FR = 0 equilíbrio estatico: repouso dinamico: MRU www.fisicadivertida.com.br PROF IVÃ PEDRO DESENVOLVENDO COMPETÊNCIAS 1- Uma bola se move num campo retilíneo e com velocidade constante. Ela se encontra em equilíbrio? Explique. 2- Um avião a jato voa com a mesma velocidade numa rota horizontal e retilínea. O avião, então, se encontra em equilíbrio em seu vôo. Duas forças horizontais agem sobre ele. Uma é o empuxo dos motores a jato que empurram o avião para frente. A outra é a força de resistência do ar, que atua na direção oposta. Qual delas é a maior? Comente. 3- Considere a ginasta pendurando-se nas argolas. Se ela se pendura de modo que seu peso seja igualmente distribuído entre os dois anéis, como as leituras das tensões nas duas cordas de sustentação se comparam com o peso dela? 4- Qual a força resultante sobre um carrinho de mão empurrado por duas forças, uma de 200 newtons para a direita e outra de 50 newtons para a esquerda? 5- O que significa dizer que alguma coisa está em equilíbrio mecânico? 6- Considere um livro que pesa 20 N em repouso sobre uma mesa plana. Quantos newtons de força de apoio a mesa fornece? Qual é a força resultante sobre o livro neste caso? 7- Se você empurra uma caixa com uma força de 150 N e ela escorrega em linha reta com velocidade constante, quanto vale o atrito sobre a caixa? 8- Seu colega lhe diz que a inércia é uma força que mantém as coisas em seus lugares, em repouso ou em movimento. Você concorda? Explique. www.fisicadivertida.com.br PROF IVÃ PEDRO 9- Em termos da lei da inércia, como o encosto de cabeça do banco de um automóvel ajuda a prevenir lesões no pescoço causadas quando seu carro sofre uma colisão pela traseira? 10- Um objeto pode estar em equilíbrio mecânico quando apenas uma força atua sobre ele? Explique. 11- Antes do tempo de Galileu e Newton, alguns acadêmicos eruditos pensavam que uma pedra atirada do topo de um alto mastro de um navio em movimento cairia verticalmente e atingiria o convés a uma distância atrás do mastro igual àquela que o navio percorreria enquanto a pedra estava caindo. Pelo que entendeu neste capítulo, o que você pensa disso? TEXTO PARA AS QUESTÕES 12 e 13 “...O corpo humano está sujeito à ação da gravidade, o que exige do homem constante atenção. Não seria essa força o principal vínculo entre o homem e a Terra? A gravidade acompanha o ser humano durante toda a sua vida e, mesmo que ele se afaste de qualquer campo gravitacional, seu corpo não perderá as propriedades gravitacionais. Não haveria na força gravitacional uma forma de sintonia com a ação do tempo, uma vez que essa força representa a constante iminência de queda? Há outra lenda relacionada à maçã que parece reforçar a ideia da gravidade, inserindo o homem na temporalidade: trata-se do Gênesis, da Bíblia, especialmente na expulsão do paraíso. Ao comer do fruto proibido, o homem torna-se temporal e sujeito às vicissitudes da carne. - Do pó vieste e ao pó há de retornar – está escrito no Gênesis. A gravidade exercida no corpo humano está sempre a lembrar o homem de sua condição temporal, pois um dia, quando não puder mais viver, entregará seu corpo ao chão, ao pó. Isaac Newton era uma pessoa preocupada com questões teológicas e sua obra tirava impulso e vigor de sua busca pelo conhecimento divino. Para Newton, a força gravitacional era exercida por Deus; Deus era o agente transmissor da gravidade de um corpo a outro. Não estaria Newton reforçando a idéia de que a gravidade é a presença divina e, portanto, uma possibilidade de sintonia entre o homem e o tempo dessa presença? O tempo presente agindo constantemente e inexoravelmente para frente tal qual a gravidade é sempre para baixo?” (Texto retirado da obra Newton para o Ensino Médio – Márcio Barreto) 12- Com base nas ideias citadas no texto, analisando a queda de uma maçã, podemos afirmar que: a) Diferente do tempo que flui inexoravelmente “para frente”, a gravidade que atua na queda de uma maçã tem o sentido de cima para baixo, mas terá o sentido de baixo para cima, caso a maçã seja atirada verticalmente para cima. b) A força de atração gravitacional do centro da Terra sobre a maçã é equilibrada por uma força de resistência do ar, caso as intensidades destas forças fossem diferentes. c) O tempo é afetado pela velocidade. Dessa forma, durante a queda da maçã a sua velocidade aumenta 10 m a cada 1 s, pois a aceleração da gravidade na Terra é de 10 m∕s 2. d) Durante a queda, a maçã estará em equilíbrio dinâmico, visto que seu movimento é retilíneo e uniformemente variado. e) A velocidade média da maçã poderia ser definida como a razão entre a distância percorrida por ela durante a queda e o tempo gasto para percorrer tal distância. 13- O texto compara a gravidade ao tempo, onde sugere que este age constantemente e inexoravelmente para frente (nascemos, crescemos, envelhecemos e morremos) e a gravidade atua também de forma inexorável para baixo. Dessa forma, podemos afirmar que: a) Durante toda a nossa vida convivemos com a ideia de que a maçã é um símbolo muito forte nestes dois pilares da cultura ocidental: a descoberta da gravidade e a expulsão do paraíso. A primeira maçã (a do paraíso) separou o mundo celestial do mundo terreno e a de Galileu fez o caminho inverso, unindo os mundos celestes e terrestres pelas mesmas leis. b) A queda de um corpo só é possível por conta da existência de um campo gravitacional e quanto maior for a massa desse corpo mais rápido ele cairá. c) Para René Descartes a gravidade não existia e o corpo era atraído de encontro a Terra por conta de sua tendência natural de ocupar seu lugar de origem. d) Galileu compreendeu bem a ideia da gravidade e acreditava que uma força era a responsável em manter a Lua na órbita da Terra. e) A força resultante que atua sobre uma bola lançada obliquamente é a força de atração gravitacional com direção vertical e sentido de cima para baixo. www.fisicadivertida.com.br PROF IVÃ PEDRO PENSANDO NO ENEM INSTRUÇÃO: Leia atentamente o texto. Em seguida responda a questão 1. Um estudante (E), da segunda série do Ensino Médio, foi autorizado por um centro aeroespacial a participar de uma longa viagem espacial. Após alguns dias de viagem, muito distante da Terra, um dos físicos (F), a bordo da nave, conversou longamente sobre as leis de Newton com o estudante. Veja alguns trechos do diálogo. F – “Nesse momento estamos muito distantes da Terra, você percebe?” E – “Claro que sim! Nunca imaginei que pudesse vivenciar uma situação onde a intensidade de meu peso se aproximasse tanto de zero.” F – “De fato, nesse momento, a atração que os astros mais próximos exercem em nós é muito pequena… Já estamos a uma velocidade de 10.000 Km/h.” E – “Estamos então sem sofrer nenhuma influência gravitacional dos astros de nosso sistema solar?” F – “A rigor não é bem isso que está ocorrendo! As influências gravitacionais bem como as influências do atrito nunca vão deixar de existir. Porém, nesse caso, essas influências são tão pequenas que podem ser desprezadas. Por isso mesmo vamos agora desligar os motores da nave e dormir um pouco.” E – “Deve estar brincando…” F – “Claro que não estou brincando. Se fizer isso será economizado milhares de reais de combustível.” E – “Então não vamos prosseguir viagem já que a nave, não sofrendo a ação da força motora, terá um movimento retardado até parar.” 01) Com relação ao texto, é correto afirmar que: (01) o estudante errou ao dizer que não ia prosseguir viagem. (02) uma vez desligados os motores, e “isentas” de outras interações gravitacionais, a nave irá seguir viagem em movimento retilíneo e uniforme. (04) a nave, por si só, poderá se auto-desacelerar. (08) a nave, por si só, poderá mudar a direção de seu movimento inicial. (16) a nave, bem como qualquer matéria, por si só, é incapaz de variar sua velocidade vetorial. 2) Você, desejando provocar e observar, num laboratório, um movimento circular uniforme, inicia a experiência amarrando uma esfera de aço num barbante sobre uma mesa horizontal revestida de bom lubrificante, de modo a tornar insignificante os efeitos do atrito. Veja as figuras 1 e 2 e desconsidere os atritos. FIO FIO 0 Fig. 1 0 Fig. 2 Em seguida, com um rápido empurrão, você confere à esfera uma velocidade v ⃗ 1 conforme figura 2, quando acaba o contato da pessoa com a esfera. A partir do observado na experiência, é correto afirmar que: (01) O movimento da esfera é uniforme (02) A velocidade vetorial da esfera permanece constante. (04) A força de tração foi o agente necessário para variar a direção da velocidade da esfera. (08) Se em dado instante a corda partisse, a esfera passaria a andar em linha reta em movimento uniforme. (16) Durante o giro a esfera ficou em equilíbrio de forças. Informações para as questões 3 e 4. Com um rápido empurrão um observador fixo na Terra impulsiona uma partícula de massa inercial m até V atingir a velocidade 1 . A partir desse instante cessa o contato da mão do observador com o corpo. A www.fisicadivertida.com.br PROF IVÃ PEDRO partícula, então, passa a realizar um movimento circular e uniforme, pois a mesa é horizontal e desconsideram-se os atritos. Veja a figura abaixo. O fio que aparece na figura é ideal, e tem uma extremidade fixa no ponto C (centro da circunferência). A outra fica amarrada na partícula. T 1 é o módulo da tração no fio a cada instante. Com um outro rápido empurrão o observador fixo na Terra impulsiona outra partícula de massa inercial M > m, até atingir o mesmo módulo da velocidade V1 , que aparece na figura acima, quando cessa o empurrão. O arranjo experimental é o mesmo da figura anterior (com exceção de o observador estar, desta vez, utilizando uma nova partícula). Veja a nova situação. Representação esquemática do novo MCU Sendo T2 o módulo da tração do fio nesse novo experimento, após analisar as informações acima, responda as questões 3 e 4. 3) Assinale a proposição correta a) T1 > T2 b) Se o fio das duas situações rompesse, as partículas ficariam em equilíbrio estático pois estariam em MRU. c) As partículas estão em equilíbrio cinético pois se encontram em MCU. d) As acelerações das partículas valem zero, pois as trações nos fios tem valores nulos. e) Se o fio das duas situações rompesse, o movimento seria representado pelos gráficos. a s v t t t 4) Assinale a proposição correta a) Os empurrões citados nas duas situações tiveram intervalos de tempos diferentes e o tempo da 1ª situação é menor que o da 2ª situação. b) O vetor velocidade não varia ao longo da trajetória. c) T1 = T2 d) As partículas possuem massa inercial nula. e) As partículas variam, por si só, suas velocidades. www.fisicadivertida.com.br PROF IVÃ PEDRO 5) Leia o seguinte trecho da canção a seguir e depois responda: “Nosso amor começou certo dia no banco da praça Eu a vi segurando um caderno, sentada com graça Meu olhar encontrou seu olhar mirando um passarinho Machucado, ferido, sangrando, fora de seu ninho Ela levantou e se aproximou da pequenina ave Que tentava em vão atingir o alto de sua árvore Foi então que eu a vi derrubar um modesto lencinho Que depressa apanhei e tentei lhe entregar com carinho” (A menina e o Passarinho” — Nando Reis – In: 12 de janeiro, wea, São Paulo: 1995). a) O trecho “Nosso amor começou certo dia no banco da praça…’’ revela uma possível situação de equilíbrio dinâmico. b) “Eu a vi segurando um caderno…” mostra implicitamente uma situação de equilíbrio, onde as forças que atuam sobre o caderno são o seu peso e o apoio que a mão exerce sobre ele para cima. Estas duas forças têm mesma direção e mesmo sentido. c) O trecho “que depressa apanhei…” revela implicitamente uma situação de equilíbrio estático. d) O texto mostra uma passagem em que o passarinho tenta atingir o alto de uma árvore. Se este estivesse em equilíbrio dinâmico, os gráficos abaixo representariam seu movimento: 6) (UFRN) Uma pequena esfera rola com velocidade constante V0 sobre a superfície plana e horizontal de uma mesa, como mostra a figura. Desprezando a resistência do ar, a(s) força(s) que atua(m) sobre a esfera, depois que abandona o tampo da mesa: a) o peso da esfera na direção vertical e para baixo. b) uma força horizontal que mantém o movimento. c) uma força cuja direção varia à medida que a direção do movimento varia. d) o peso da esfera e uma força horizontal. e) o peso da esfera e uma força na direção do movimento. 7) (UECE) Sobre um corpo de massa constante que desce uma ladeira com velocidade constante, é correto afirmar: a) a resultante atuante no corpo é nula. b) não há forças atuando no corpo. c) as forças atuantes são paralelas à ladeira. d) a aceleração da gravidade é nula no local. e) a força peso é perpendicular ao deslocamento do corpo. 8) (FUNDAÇÃO CESGRANRIO) Um bloco permanece em repouso sobre um plano inclinado, muito embora lhe apliquemos uma força horizontal, conforme ilustra a figura. Assim, a resultante de todas as forças que agem sobre esse bloco, excetuando-se F, será corretamente representada pelo vetor: a) b) c) www.fisicadivertida.com.br PROF IVÃ PEDRO d) e) nulo 9) (FUNDAÇÃO CESGRANRIO) Uma esfera é abandonada de um helicóptero e cai verticalmente sob a ação de uma força resultante cuja intensidade F varia com o módulo V de sua velocidade segundo a relação: F = 20 - 5 v2 Após um certo tempo de queda, a esfera passa a ter MRU, com velocidade, em m/s, de módulo igual a: a) 1 b) 2 c) 3 d) 4 e) 5 10) (FUNDAÇÃO CESGRANRIO) Um garoto mantém uma pequena esfera girando em um plano vertical, por intermédio de um fio, conforme indica a figura ao lado. Em determinado momento, quando a esfera passa pelo ponto A o fio se rompe. Despreze o efeito do ar. Assinale a opção que representa a orientação da força resultante na esfera, imediatamente após o fio se romper. 11) (UFSC) No livro Viagem ao Céu, Monteiro Lobato afirma que quando jogamos uma laranja para cima, ela sobe enquanto a força que produziu o movimento é maior que a força da gravidade. Quando a força da gravidade se torna maior, a laranja cai. Assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S). (01) Realmente na subida, após ser lançada pela mão de alguém, haverá uma força maior do que o peso para cima, de modo a conduzir a laranja até uma altura máxima. (02) Quando a laranja atinge sua altura máxima, a velocidade é nula e todas as forças também se anulam. (04) Supondo nula a resistência do ar, após a laranja ser lançada para cima, somente a força peso atuará sobre ela. (08) Para que a laranja cesse sua subida e inicie sua descida, é necessário que a força da gravidade seja maior que a mencionada força para cima. (16) Supondo nula a resistência do ar, a aceleração da laranja independe de sua massa.