Movimentos verticais e Gráficos 1. Deixa-se cair um objeto de massa 500 g de uma altura de 5m acima do solo. Assinale a alternativa que representa a velocidade do objeto, imediatamente, antes de tocar o solo, desprezando-se a resistência do ar. a) 10m / s b) 7,0m / s c) 5,0m / s d) 15m / s e) 2,5m / s 2. Vários corpos idênticos são abandonados de uma altura de 7,20m em relação ao solo, em intervalos de tempos iguais. Quando o primeiro corpo atingir o solo, o quinto corpo inicia seu movimento de queda livre. Desprezando a resistência do ar e adotando a aceleração da gravidade g 10,0 m / s2 , a velocidade do segundo corpo nessas condições é a) 10,0 m / s b) 6,0 m / s c) 3,0 m / s d) 9,0 m / s e) 12,0 m / s 3. Um paraquedista salta de um avião e cai livremente por uma distância vertical de 80m, antes de abrir o paraquedas. Quando este se abre, ele passa a sofrer uma desaceleração vertical de 4m / s2, chegando ao solo com uma velocidade vertical de módulo 2m / s. Supondo que, ao saltar do avião, a velocidade inicial do paraquedista na vertical era igual a zero e considerando g 10m / s2 , determine: a) O tempo total que o paraquedista permaneceu no ar, desde o salto até atingir o solo. b) A distância vertical total percorrida pelo paraquedista. 4. Um astronauta, em um planeta desconhecido, observa que um objeto leva 2,0 s para cair, partindo do repouso, de uma altura de 12 m. A aceleração gravitacional nesse planeta, em m / s2 é: a) 3,0 b) 6,0 c) 10 d) 12 e) 14 5. Um corpo A é abandonado de um ponto situado a 10 metros acima do solo. No mesmo instante, um corpo B é lançado verticalmente de baixo para cima com velocidade v 0 suficiente para que possa atingir 10 metros de altura. Página 1 de 20 Desprezando a resistência do ar, chamando respectivamente v A e v B as velocidades de A e B quando se encontram a 5 metros de altura, o valor da razão v A vB , em módulo é a) 4 b) 2 c) 1 d) 1 2 6. Dois corpos A e B de massas mA 1,0 kg e mB 1,0 103 kg, respectivamente, são abandonados de uma mesma altura h, no interior de um tubo vertical onde existe o vácuo. Para percorrer a altura h, a) o tempo de queda do corpo A é igual que o do corpo B. b) o tempo de queda do corpo A é maior que o do corpo B. c) o tempo de queda do corpo A é menor que o do corpo B. d) o tempo de queda depende do volume dos corpos A e B. e) o tempo de queda depende da forma geométrica dos corpos A e B. 7. Um corpo de massa m é largado de certa altura. Considerando que g 10 m / s2 e desprezando o atrito do ar, podemos afirmar que após um tempo de 2,5 segundos a distância percorrida pelo corpo e a sua velocidade são iguais, respectivamente, a a) 12,5 m; 12,5 m / s b) 31,25 m; 12,5 m / s c) 125 m; 12,5 m / s d) 6,25 m; 2,5 m / s e) 31,25 m; 25 m / s 8. Uma ave marinha costuma mergulhar de uma altura de 20 m para buscar alimento no mar. Suponha que um desses mergulhos tenha sido feito em sentido vertical, a partir do repouso e exclusivamente sob ação da força da gravidade. Desprezando-se as forças de atrito e de resistência do ar, a ave chegará à superfície do mar a uma velocidade, em m/s, aproximadamente igual a: a) 20 b) 40 c) 60 d) 80 9. A castanha-do-pará (Bertholletia excelsa) é fonte de alimentação e renda das populações tradicionais da Amazônia. Sua coleta é realizada por extrativistas que percorrem quilômetros de trilhas nas matas, durante o período das chuvas amazônicas. A castanheira é uma das maiores árvores da floresta, atingindo facilmente a altura de 50m. O fruto da castanheira, um ouriço, tem cerca de 1kg e contém, em média, 16 sementes. Baseando-se nesses dados e Página 2 de 20 considerando o valor padrão da aceleração da gravidade 9,81m / s2 , pode-se estimar que a velocidade com que o ouriço atinge o solo, ao cair do alto de uma castanheira, é de, em m / s, aproximadamente, a) 5,2. b) 10,1. c) 20,4. d) 31,3. e) 98,1. TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Considere os dados abaixo para resolver a(s) questão(ões) quando for necessário. Constantes físicas Aceleração da gravidade: g 10 m / s2 Densidade da água: r 1,0 g / cm3 10. Uma garota lança uma pedra verticalmente para cima. Sendo a, o módulo da aceleração e v, o módulo da velocidade da mesma, no ponto mais alto de sua trajetória, é correto afirmar que v é ___________ a (de) zero, se a for ___________ a (de) zero. Os termos que completam de forma correta e, respectivamente, as lacunas são a) igual, igual b) igual, diferente c) diferente, igual d) diferente, diferente 11. Dois veículos, A e B, partem simultaneamente de uma mesma posição e movem-se no mesmo sentido ao longo de uma rodovia plana e retilínea durante 120 s. As curvas do gráfico representam, nesse intervalo de tempo, como variam suas velocidades escalares em função do tempo. Calcule: a) o módulo das velocidades escalares médias de A e de B, em m s, durante os 120 s. b) a distância entre os veículos, em metros, no instante t 60 s. TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Se necessário, use aceleração da gravidade: g 10 m / s2 Página 3 de 20 densidade da água: d 1,0 kg / L calor específico da água: c 1cal / g C 1cal 4 J constante eletrostática: k 9 ,0 109 N m2 / C2 constante universal dos gases perfeitos: R 8 J / mol K 12. Dois móveis, A e B, partindo juntos de uma mesma posição, porém com velocidades diferentes, que variam conforme o gráfico abaixo, irão se encontrar novamente em um determinado instante. Considerando que os intervalos de tempo t1 t0 , t2 t1, t3 t 2 , t 4 t3 e t5 t 4 são todos iguais, os móveis A e B novamente se encontrarão no instante a) t 4 b) t 5 c) t 2 d) t 3 13. Considere o gráfico abaixo, que representa a velocidade de um corpo em movimento retilíneo em função do tempo, e as afirmativas que seguem. I. A aceleração do móvel é de 1,0 m / s2 . II. A distância percorrida nos 10 s é de 50 m. III. A velocidade varia uniformemente, e o móvel percorre 10 m a cada segundo. IV. A aceleração é constante, e a velocidade aumenta 10 m / s a cada segundo. São verdadeiras apenas as afirmativas a) I e II. b) I e III. c) II e IV. d) I, III e IV. Página 4 de 20 e) II, III e IV. 14. Um veículo está se movendo ao longo de uma estrada plana e retilínea. Sua velocidade em função do tempo, para um trecho do percurso, foi registrada e está mostrada no gráfico abaixo. Considerando que em t 0 a posição do veículo s é igual a zero, assinale a alternativa correta para a sua posição ao final dos 45s. a) b) c) d) e) 330m. 480m. 700m. 715m. 804m. 15. Considere um carro que se movimenta ao longo de uma pista retilínea. O gráfico abaixo descreve a velocidade do carro em função do tempo, segundo um observador em repouso sobre a calçada. Em relação a essa situação, assinale a alternativa correta. a) O movimento é uniformemente variado. b) O carro realiza um movimento retilíneo uniforme. c) Ao final do movimento (t 8s), o carro retorna à sua posição de origem (t 0). d) O carro está freando no intervalo 4s t 8s. e) Em t 4, o carro inverte o sentido do seu movimento. 16. O deslocamento Δx de uma partícula em função do tempo t é ilustrado no gráfico a seguir: Página 5 de 20 Com relação ao movimento mostrado no gráfico, assinale a alternativa CORRETA. a) A partícula inicia seu movimento com velocidade constante; na sequência, o movimento é acelerado e, finalmente, a partícula se move com outra velocidade também constante. b) A velocidade da partícula é constante. c) A aceleração da partícula é constante. d) Esse gráfico ilustra o movimento de queda livre de um objeto nas proximidades da superfície terrestre, onde a resistência do ar foi desprezada. e) A partícula inicia seu movimento com uma velocidade não nula, mas o movimento é retardado, e ela finalmente atinge o repouso. 17. Os dois primeiros colocados de uma prova de 100 m rasos de um campeonato de atletismo foram, respectivamente, os corredores A e B. O gráfico representa as velocidades escalares desses dois corredores em função do tempo, desde o instante da largada (t = 0) até os instantes em que eles cruzaram a linha de chegada. Analisando as informações do gráfico, é correto afirmar que, no instante em que o corredor A cruzou a linha de chegada, faltava ainda, para o corredor B completar a prova, uma distância, em metros, igual a a) 5. b) 25. c) 15. d) 20. e) 10. 18. Um objeto tem a sua posição (x) em função do tempo (t) descrito pela parábola conforme o gráfico. Página 6 de 20 Analisando-se esse movimento, o módulo de sua velocidade inicial, em m/s, e de sua aceleração, em m/s2, são respectivamente iguais a a) 10 e 20. b) 10 e 30. c) 20 e 10. d) 20 e 30. e) 30 e 10. 19. Dois móveis A e B deslocam-se em uma trajetória retilínea, com acelerações constantes e positivas. Considerando que a velocidade inicial de A é menor do que a de B (v A vB ) e que a aceleração de A é maior do que a de B (aA aB ), analise os gráficos a seguir. O gráfico que melhor representa as características mencionadas é o: a) A. b) B. c) C. Página 7 de 20 d) D. e) E. 20. Uma pessoa do alto de um prédio solta uma bola e mede o módulo da posição da bola em função do tempo. A figura, abaixo, mostra o esboço do gráfico da posição em relação ao tempo. Assinale a alternativa que representa o esboço dos gráficos em relação à velocidade tempo e à aceleração tempo, respectivamente. a) b) c) Página 8 de 20 d) e) 21. O gráfico abaixo representa a variação da velocidade dos carros A e B que se deslocam em uma estrada. Determine as distâncias percorridas pelos carros A e B durante os primeiros cinco segundos do percurso. Calcule, também, a aceleração do carro A nos dois primeiros segundos. 22. Com a intenção de se preparar para uma maratona, Brancadeneve e Encantado começaram um treino diário de corrida e pediram ajuda para a experiente maratonista Fadamadrinha. A instrutora, então, com a ajuda de um dispositivo eletrônico de última geração conhecido como radar, plotou gráficos da velocidade de cada um pelo tempo em que ficava observando. Certo dia, apresentou os gráficos aos dois, utilizando para isso a mesma escala nos eixos, sendo VE a velocidade de Encantado e VB a velocidade de Brancadeneve. Página 9 de 20 Baseando-se nos gráficos apresentados, durante o intervalo de tempo T observado, podemos concluir corretamente que a) a aceleração impressa no início por Encantado foi maior do que a de Brancadeneve. b) a velocidade máxima atingida por Brancadeneve foi maior do que a de Encantado. c) Encantado foi mais longe que Brancadeneve. d) Brancadeneve percorreu uma distância maior do que Encantado. e) a velocidade média de Brancadeneve é menor do que a de Encantado. 23. Um motorista dirigia por uma estrada plana e retilínea quando, por causa de obras, foi obrigado a desacelerar seu veículo, reduzindo sua velocidade de 90 km/h (25 m/s) para 54 km/h (15 m/s). Depois de passado o trecho em obras, retornou à velocidade inicial de 90 km/h. O gráfico representa como variou a velocidade escalar do veículo em função do tempo, enquanto ele passou por esse trecho da rodovia. Caso não tivesse reduzido a velocidade devido às obras, mas mantido sua velocidade constante de 90 km/h durante os 80 s representados no gráfico, a distância adicional que teria percorrido nessa estrada seria, em metros, de a) 1 650. b) 800. c) 950. d) 1 250. e) 350. Página 10 de 20 Gabarito: Resposta da questão 1: [A] Sabendo que se trata de uma queda livre (velocidade inicial v 0 é nula), onde a altura inicial é de 5 metros e a massa do corpo é de 0,5 kg, podemos resolver de duas formas distintas. 1ª Solução – Queda Livre: Utilizando a equação de Torricelli, temos que: v2 v02 2 a ΔS Onde, ag ΔS h v0 0 Temos que, v2 2 g h v 2 2 10 5 v 100 v 10 m s 2ª Solução – Conservação de Energia Mecânica: Sabendo que inicialmente o corpo está em repouso, podemos dizer que: Em Em i f Ep Ec gi m gh f m v2 2 v2 2 g h v 10 m s Resposta da questão 2: [D] Calculando o tempo de queda: h 1 2 g t q tq 2 2h g 2 7,2 10 1,44 t q 1,2 s. A figura mostra os cinco corpos e o tempo (t) de movimento de cada um deles. Página 11 de 20 A velocidade do 2º corpo é: v v 0 g t v 0 10 0,9 v 9 m/s. Resposta da questão 3: a) Tempo total do salto até atingir o solo: t t1 t 2 No primeiro momento, na queda livre do paraquedista. ΔS1 v o t 80 a t12 2 10 t12 2 t12 16 t1 4 s Encontrando a velocidade no final do primeiro momento, v1 v o a t1 v1 10 4 v1 40 m s Assim, achando o tempo do segundo momento, temos que: v 2 v1 a t 2 2 40 4 t 2 t 2 9,5 s Por fim, o tempo total será: t t1 t 2 4 9,5 t 13,5 s b) A distância total percorrida: ΔSt ΔS1 ΔS2 A distância percorrida no primeiro momento foi dada no enunciado (80 m). Para o segundo momento, temos que: v 22 v12 2 a ΔS2 22 402 2 4 ΔS2 402 22 8 ΔS2 199,5 m ΔS2 Página 12 de 20 Logo, ΔSt 80 199,5 ΔSt 279,5 m Resposta da questão 4: [B] Com a equação da altura em função do tempo do movimento de queda livre, calculamos a aceleração. gt 2 2h g 2 t2 2 12 m g 6 m / s2 2 2 s h Resposta da questão 5: [C] Temos situações semelhantes para os dois corpos, pois ambos percorrem 5 m com as mesmas acelerações sendo que as condições de contorno também são similares, logo as velocidades em módulo serão iguais e sua razão será 1. Outra possibilidade é calcular usando os conhecimentos de lançamento vertical e queda livre. Para o corpo A, que cai em queda livre, usando o referencial positivo para baixo e a equação de Torricelli: v 2 v02 2gΔh v v02 2gΔh v A 02 2 10 5 v 10 m / s Para o corpo B, que sobe na vertical, usando o referencial positivo para cima, primeiramente descobrimos a velocidade inicial e depois a velocidade na posição de 5 m : v2 v02 2gΔh v0 v2 2gΔh v0 02 2 10 10 v0 10 2 m s E a intensidade da velocidade a 5 m de altura: vB Então, 10 2 2 2 10 5 v 10 m / s v A 10 1. vB 10 Resposta da questão 6: [A] Se o corpo está em queda livre, a resultante das forças sobre ele é seu próprio peso. Aplicando a segunda lei de Newton a essa situação: R P m a m g a g. A aceleração de queda independe da massa e é igual a aceleração da gravidade. Calculando o Página 13 de 20 tempo de queda: h g 2 t t 2 2h . g Consequentemente, o tempo de queda também independe da massa. Portanto, o tempo de queda é o mesmo para os dois corpos. Resposta da questão 7: [E] A distância percorrida em queda livre é dada por: h g t2 2 Logo, 10 m / s2 2,5 s 2 h 2 h 31,25 m Já a velocidade é dada por: v v0 g t v 0 10 m / s2 2,5 s v 25 m / s Resposta da questão 8: [A] Usando a equação de Torricelli com a = g = 10 m/s2 e ΔS h 20m. v 2 v 02 2g h v 2 0 2 10 20 400 v 20 m/s. Resposta da questão 9: [D] Aplicando a equação de Torricelli à queda livre, temos: v2 2 gh v 2 g h 2 9,81 50 981 v 31,3 m/s. Resposta da questão 10: [B] No lançamento vertical, no ponto mais alto a velocidade é igual a zero e a aceleração é igual à da gravidade, diferente de zero, supondo que a garota em questão esteja na Terra ou em outro qualquer lugar do universo onde haja gravidade. Resposta da questão 11: a) Sabendo que em um gráfico da velocidade pelo tempo, tem-se que: Área ΔS Assim, podemos calcular o deslocamento escalar dos dois veículos durante o intervalo de tempo total: Página 14 de 20 b h 120 20 2 2 ΔS A 1200 m ΔS A b h 120 20 2 2 ΔSB 1200 m ΔSB Como o intervalo de tempo e o deslocamento é o mesmo para os dois veículos, as velocidades médias deles também são iguais. Assim, ΔS2 1200 v1 v 2 Δt 2 120 v1 v 2 10 m s b) Para encontrarmos a distância entre os veículos é necessário encontrar o espaço que eles ocupam no instante 60 segundos. Para tanto, é necessário encontrar a velocidade dos móveis nesse ponto. Analisando o veículo A, temos que: ΔVa 0 20 aA Δt 100 a A 0,2 m s2 Com o valor da aceleração, podemos encontrar a velocidade do veículo A: va va aA t 60 20 va 60 va 60 20 0,2 40 12 m s Note que, em comparação ao veículo A, a aceleração do veículo B tem mesmo módulo e sentido contrário e a velocidade tem o mesmo módulo. Assim, ΔS A ' A Triangulo A trapézio 20 20 20 12 40 2 2 ΔS A ' 200 640 ΔS A ' ΔS A ' 840 m e ΔSB ' A Triangulo 60 12 2 ΔSB ' 360 m Sendo d a distância entre os veículos no instante 60 segundos, d ΔS A ' ΔSB ' 840 360 d 480 m Resposta da questão 12: [A] Página 15 de 20 O móvel B começa com maior velocidade em relação ao móvel A inicialmente e, portanto como a distância percorrida representa a área sob a curva v t, a área pintada de amarelo representa a vantagem percorrida por B em relação à A até o momento t 2 quando as velocidades dos dois móveis passam a ser iguais (área A1), a partir do qual com o móvel B desacelerando e o móvel A acelerando com o mesmo módulo. Como os móveis acabam invertendo as velocidades, agora é o móvel A que começa a percorrer maior distância com o tempo e a área pintada de azul representa a vantagem de A em relação à B (área A 2 ). Para que os dois móveis se encontrem novamente estas áreas devem ser iguais, portanto o encontro se dá no tempo t 4 . Resposta da questão 13: [A] [I] Verdadeira. Aplicando a definição de aceleração escalar média: Δv 10 a am a 1 m/s2. Δt 10 [II] Verdadeira. O espaço percorrido é dado pela área entre a linha do gráfico e o eixo dos tempos. 10 10 ΔS ΔS 50 m. 2 [III] Falsa. A velocidade é variável. [IV] Falsa. A velocidade aumenta 1,0 m/s a cada segundo. Resposta da questão 14: [D] Como a posição inicial é zero, a sua posição final será exatamente igual à distância percorrida. Sabendo que a distância percorrida é igual numericamente à área do gráfico, então: Página 16 de 20 ΔST A1 A2 A3 A4 A5 Porém, para que seja possível calcular as áreas 4 e 5, é necessário encontrar o tempo em que acontece a mudança de sentido na velocidade (ponto em que cruza o eixo x). Sabendo que o movimento de 1 para 2 é um Movimento Retilíneo Uniformemente Variado (MRUV), podemos analisar este intervalo de tempo para encontrar a aceleração. v v 0 at 10 36 a 5 a 9,2 m s Agora, analisando o trecho de 1 para 3, temos que: v v 0 at 0 36 9,2 t t 3,9 s Assim, 15 5 28 10 28 3,9 36 6,1 5 10 ΔST 35 8 2 2 2 2 ΔST 280 280 140 70,2 55,5 ΔST 714,7 m ΔST 715 m Resposta da questão 15: [D] Analisando as alternativas, [A] INCORRETA. Em um movimento uniformemente variado, a aceleração é constante durante o movimento. O Gráfico mostra claramente que na primeira parte do movimento o módulo da velocidade está aumentando (aceleração maior que zero) e na segunda parte diminuindo (aceleração menor que zero). Desta forma, pode-se dizer que a aceleração não é constante durante o movimento. [B] INCORRETA. Um movimento retilíneo uniforme tem aceleração nula. [C] INCORRETA. Em momento algum do movimento descrito na figura existe uma inversão de sentido do movimento. Logo, o carro não irá retornar a sua posição inicial. [D] CORRETA. [E] INCORRETA. Inverte o sentido de sua aceleração e não do movimento (velocidade). Resposta da questão 16: [E] No gráfico do espaço em função do tempo, a declividade da curva nos dá a velocidade escalar. Ou seja, a velocidade escalar é numericamente igual a tangente do ângulo que a curva faz com o eixo dos tempos. Página 17 de 20 Assim: v0 tg α0 0; v1 tg α1 . Analisando o gráfico, vemos que a declividade vai diminuindo, até que em t 4 s α 4 0, quando a velocidade se anula. Portanto, o movimento é retardado com velocidade final nula. Resposta da questão 17: [D] O corredor A termina a prova em t = 10 s e o corredor B em t = 12 s. De 10 s a 12 s, B teve velocidade de 10 m/s, percorrendo: d vB Δt 10 12 10 d 20 m. Resposta da questão 18: [C] Dados do gráfico: x0 0; t 2s (v 0 e x 20m). Como o gráfico é um arco de parábola, trata-se de movimento uniformemente variado (MUV). Usando, então, as respectivas equações: v v 0 a t 0 v 0 a 2 v 0 - 2 a I t2s a 2 a 2 x v 0 t t 20 v 0 2 2 20 2 v 0 2 a II 2 2 (I) em (II): 20 2 2a 2 a 2 a 20 a 10 m/s2. Em (I): v0 2 a v0 2 10 v 0 20 m/s. Resposta da questão 19: [D] Nota: há uma imprecisão gramatical no enunciado, afirmando (no singular) que os dois móveis têm aceleração constante. É, então, de se supor que as acelerações sejam iguais. Porém, logo a seguir, afirma-se que aA aB . Para que se evitem confusões, o enunciado na primeira linha deveria ser: “Dois móveis A e B deslocam-se em uma trajetória retilínea, com acelerações constantes e..." Mas, vamos à resolução. Como as acelerações (escalares) são constantes e positivas, os gráficos das velocidades são trechos de reta ascendentes. Sendo aA aB , o segmento referente à velocidade do móvel A tem maior declividade, começando num ponto abaixo do de B, pois v A vB . Essas conclusões, levam-nos ao Gráfico D. Resposta da questão 20: [A] Considerando desprezível a resistência do ar, a bola desce em queda livre até que, num determinado instante, ela para abruptamente. Página 18 de 20 Assim, a velocidade escalar aumenta linearmente com o tempo, anulando-se instantaneamente, enquanto que a aceleração escalar é constante, até se anular, também, instantaneamente, como mostram os gráficos da alternativa [A]. Resposta da questão 21: Distâncias percorridas pelos carros: No gráfico v t a distância percorrida é numericamente igual à área entre a linha do gráfico e o eixo dos tempos. Assim: 53 DA 2 2 DA 8 m. D 4 1 2 3 1 D 8 m. B A 2 Aceleração do carro A: Dados: v0 = 0; v = 2 m/s; Δt 2s. Entendendo por aceleração apenas a aceleração escalar do veículo, temos: Δv 2 0 a a 1 m/s2 . Δt 2 Resposta da questão 22: [D] Tomando como unidade (u) o lado de cada quadrículo, e usando a propriedade do gráfico da velocidade tempo, as áreas dos trapézios fornecem as distâncias percorridas por Encantado (dE) e Brancadeneve (dB): 5 1 dE 2 4 dE 12 u. d 6 4 3 d 15 u. B B 2 dB dE. Resposta da questão 23: [E] A distância (D) pedida é numericamente igual à área hachurada no gráfico. D 50 20 10 D 350 m. 2 Página 19 de 20 Página 20 de 20