FACISB 2021 — questão 66 de Física

Enunciado em texto
Uma esfera, de massa 200 g e raio desprezível, está em repouso e encostada em uma mola de constante elástica 10 000 N/m, que se encontra comprimida em 2 cm. A mola é liberada, impulsionando a esfera que se move sem atritos em uma canaleta inicialmente horizontal. Pouco mais adiante, a canaleta se encurva segundo um arco de circunferência de raio r, que conduz a esfera a outra canaleta horizontal, onde se movimenta com velocidade constante de 4 m/s.
[Figura: embaixo, uma canaleta horizontal com a mola presa na ponta esquerda; à direita, a canaleta se curva para cima num semicírculo de raio r (indicado do centro até a canaleta) e termina, no alto, numa canaleta horizontal superior, onde a esfera se move para a esquerda com velocidade . O desnível entre as duas canaletas é o diâmetro do semicírculo, 2r.]
Considerando que o sistema é ideal, não havendo dissipação de energia na forma de calor, e que a aceleração da gravidade vale 10 m/s², a medida do raio r é
(A) 16 cm.
(B) 25 cm.
(C) 20 cm.
(D) 40 cm.
(E) 10 cm.
(Enunciado e figura: Vestibular FACISB 2021 — 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: o raio do arco, sabendo a energia que a mola dá e a velocidade da esfera lá em cima.
Passo 1 — energia que a mola entrega. Com x = 2 cm = 0,02 m:
Passo 2 — energia cinética lá em cima. Com m = 0,2 kg e v = 4 m/s:
Passo 3 — a diferença virou energia potencial. Sem atrito, a energia mecânica se conserva:
Passo 4 — a altura é o diâmetro. O arco é um semicírculo que liga a canaleta de baixo à de cima, então o desnível é 2r:
⚠️ A armadilha: parar em h = 20 cm e marcar a alternativa C. O desnível vencido no semicírculo é o diâmetro, não o raio.
A ideia em uma frase: energia da mola = energia cinética + energia potencial lá em cima, e num semicírculo a altura subida é 2r.
Resposta: alternativa E (10 cm).
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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