PUC-Rio 2021 (Grupo 1) — questão 9 de Física

Enunciado em texto
Uma caixa de massa M é puxada por uma distância d ao longo de um plano horizontal, a partir do repouso (). A força constante F que puxa a caixa tem inclinação α = 60° com relação à horizontal, como mostrado na Figura. Não considere nenhum tipo de força dissipativa.
[Figura: caixa sobre um plano horizontal, na posição inicial com e, uma distância d à direita, na posição final com velocidade para a direita. Nas duas posições, a força F puxa a caixa para cima e para a direita, fazendo ângulo α com a horizontal. A gravidade g aponta para baixo.]
Dados: sen 60° = ; cos 60° = 1/2
Calcule a velocidade final da caixa.
(A)
(B)
(C)
(D)
(Enunciado e figura: Vestibular PUC-Rio 2021, Grupo 1 — PUC-Rio.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC-Rio).
Resolução comentada
O que a questão pede: a velocidade da caixa depois de percorrer d.
Passo 1 — quem realiza trabalho. O peso e a normal são verticais e o deslocamento é horizontal: trabalho nulo. Não há atrito. Só F trabalha, e só a sua componente horizontal conta:
Passo 2 — teorema da energia cinética. O trabalho total é igual à variação da energia cinética, e a caixa parte do repouso:
Conferindo as unidades: F d é energia (J = kg·m²/s²); dividida por massa dá m²/s², e a raiz dá m/s. As alternativas A e B não têm unidade de velocidade (a B, por exemplo, dá m²/s²).
⚠️ A armadilha: usar o seno no lugar do cosseno. Com F d sen 60°, a conta daria , a alternativa C. O trabalho usa a componente da força na direção do deslocamento, que é a horizontal: F cos 60°.
A ideia em uma frase: só a componente da força ao longo do deslocamento realiza trabalho, e esse trabalho vira energia cinética.
Resposta: alternativa D ().
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.
Prefere navegar prova por prova? Abra esta questão no Filatte Resolve.