FACISB 2019 — questão 63 de Física

Enunciado em texto
Uma esfera, inicialmente parada no ponto A no interior de uma semiesfera oca de raio R, é empurrada para baixo com velocidade inicial , escorrega apoiada na superfície interna da semiesfera e, quando a abandona, sobe verticalmente até parar instantaneamente no ponto B.
[Figura: semiesfera oca de raio R, com a abertura para cima; g vertical para baixo. O ponto A está na superfície interna, à esquerda, e o raio que liga o centro da borda a A forma 60º com a vertical. Em A, a velocidade é tangente à superfície, para baixo. Acima da borda direita, o ponto B está a uma altura R acima do plano da borda.]
Desprezando o atrito e a resistência do ar, o módulo de é
(A)
(B)
(C)
(D)
(E)
(Enunciado e figura: Vestibular FACISB 2019 — FACISB/Vunesp.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Faculdade de Ciências da Saúde de Barretos Dr. Paulo Prata (FACISB) e à Fundação VUNESP.
Resolução comentada
O que a questão pede: a velocidade em A para que a esfera chegue em B, R acima da borda, com velocidade zero.
Passo 1 — a altura de A. O raio até A faz 60º com a vertical. A distância vertical de A até o plano da borda (que passa pelo centro) é:
Passo 2 — o desnível total. B está R acima da borda; A está R/2 abaixo dela:
Passo 3 — conservação da energia. Sem atrito, toda a energia cinética inicial vira potencial até B, onde a esfera para:
Conferindo: na borda, a superfície interna da semiesfera é vertical, então a esfera sai mesmo subindo na vertical, como o enunciado descreve, e só a energia importa.
⚠️ A armadilha: usar sen 60º no lugar de cos 60º para a altura de A (), ou medir o desnível só até a borda. Contar só R (de B à borda) dá , a alternativa E.
A ideia em uma frase: sem atrito, v₀²/2 = g·Δh, com Δh medido de A até B.
Resposta: alternativa A ().
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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