EEAR 2018 (CFS 2) — questão 73 de Física

Gabarito BCinemática — MUV no plano inclinado (função horária com sinais)Exame de Admissão ao CFS 2/2018 · Física
Enunciado — imagem da prova
Enunciado da questão 73 de Física do EEAR 2018 (CFS 2)

Enunciado em texto

Assinale a alternativa que representa corretamente a função da posição (x) em relação ao tempo (t) de um bloco lançado para baixo a partir da posição inicial (x0)(x_0) com módulo da velocidade inicial (v0)(v_0) ao longo do plano inclinado representado a seguir.

OBSERVAÇÕES:

1) desconsiderar qualquer atrito;

2) considerar o sistema de referência (x) com a posição zero (0) no ponto mais baixo do plano inclinado;

3) admitir a orientação do eixo “x” positiva ao subir a rampa; e

4) g é o módulo da aceleração da gravidade.

[Figura: um plano inclinado (triângulo retângulo) com o ângulo θ\theta no vértice de baixo, à esquerda, onde fica a origem 0; o cateto de baixo é a “horizontal terrestre” e o ângulo reto está à direita. O eixo x corre ao longo da rampa, apontando para cima. O bloco está na posição x0x_0, sobre a rampa, e a seta v0v_0 aponta rampa abaixo.]

a) x=−x0+v0⋅t+g⋅sen(θ)⋅t22x = -x_0 + v_0 \cdot t + \dfrac{g \cdot \text{sen}(\theta) \cdot t^2}{2}

b) x=x0−v0⋅t−g⋅sen(θ)⋅t22x = x_0 - v_0 \cdot t - \dfrac{g \cdot \text{sen}(\theta) \cdot t^2}{2}

c) x=x0−v0⋅t−g⋅cos⁡(θ)⋅t22x = x_0 - v_0 \cdot t - \dfrac{g \cdot \cos(\theta) \cdot t^2}{2}

d) x=x0−v0⋅t−g⋅t22x = x_0 - v_0 \cdot t - \dfrac{g \cdot t^2}{2}

(Enunciado e figura: Exame de Admissão ao CFS 2/2018 — EEAR.)

Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Escola de Especialistas de Aeronáutica (EEAR), do Comando da Aeronáutica.

Resolução comentada

O que a questão pede: a função horária do bloco, com os sinais certos para o eixo que sobe a rampa.

Passo 1 — a aceleração. Sem atrito, a normal é perpendicular à rampa e não acelera o bloco ao longo dela. Quem acelera é a componente do peso paralela ao plano, g sen θg\,\text{sen}\,\theta, que aponta sempre rampa abaixo. Como o eixo x é positivo para cima:

a=−g sen θa = -g\,\text{sen}\,\theta

Passo 2 — a velocidade inicial. O bloco é lançado para baixo, contra o eixo: a velocidade inicial vale −v0-v_0. A posição inicial está do lado positivo: +x0+x_0.

Passo 3 — montar o MUV:

x=x0+v t+a t22x = x_0 + v\,t + \frac{a\,t^2}{2}

x=x0−v0 t−g sen θ  t22x = x_0 - v_0\,t - \frac{g\,\text{sen}\,\theta\;t^2}{2}

Por que não as outras: a (A) troca os sinais, como se o bloco subisse a rampa partindo de uma posição negativa; a (C) usa a componente do peso perpendicular ao plano (essa é anulada pela normal); a (D) usa g inteiro, como numa queda livre.

⚠️ A armadilha: a (C). Com θ medido a partir da horizontal, a componente do peso ao longo da rampa é g sen θg\,\text{sen}\,\theta; o cosseno fica com a componente que aperta o bloco contra a rampa.

A ideia em uma frase: no plano inclinado sem atrito, a aceleração é g·sen θ rampa abaixo, e cada grandeza leva o sinal do sentido em que aponta.

Resposta: alternativa B (x=x0−v0t−g sen θ t2/2x = x_0 - v_0 t - g\,\text{sen}\,\theta\,t^2/2).

Vídeo em breve

A resolução em vídeo desta questão ainda não foi gravada. A explicação escrita acima está completa, passo a passo. Novos vídeos saem no canal do Professor Filatte.

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