PUC-SP 2018 — questão 18 de Física

Enunciado em texto
Quando necessário, adote os valores da tabela:
módulo da aceleração da gravidade: ; calor latente de vaporização da água: ; calor específico da água: ; densidade da água: ; calor específico do cobre: ; calor latente de fusão do cobre: ; temperatura de fusão do cobre: ; 1cal = 4,0 J; π = 3; sen30° = 0,5; cos30°= 0,8
Duas esferas metálicas idênticas, de massas iguais a 1kg, são disparadas simultaneamente do alto de uma plataforma de 3m de altura em relação ao solo. A plataforma é retirada após os lançamentos. A esfera 1 é lançada verticalmente para cima com velocidade de módulo igual a 3m/s. A esfera 2 é disparada obliquamente com velocidade de módulo igual a 20m/s, formando 30º com o plano horizontal.
Determine, em relação ao solo, as energias potencial gravitacional e cinética, respectivamente, da Esfera 1, no exato momento em que a Esfera 2 atinge a altura máxima de seu movimento. Despreze o atrito com o ar.
[Figura: plataforma com rodinhas, de altura 3 m sobre o solo. No topo, as esferas 1 e 2 lado a lado; da esfera 1 sai uma seta vertical para cima (); da esfera 2 sai uma seta inclinada (), a 30° acima da horizontal.]
(A) 10 J e 24,5 J
(B) 20 J e 14,5 J
(C) 40 J e 34,5 J
(D) 50 J e 84,5 J
(Enunciado e figura: Vestibular PUC-SP 2018 — PUC-SP.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Pontifícia Universidade Católica de São Paulo (PUC-SP).
Resolução comentada
O que a questão pede: a altura e a velocidade da esfera 1 no instante em que a esfera 2 está no ponto mais alto.
Passo 1 — quando a esfera 2 chega ao topo. No ponto mais alto, a componente vertical da velocidade dela zera:
Passo 2 — onde está a esfera 1 em t = 1 s. Ela parte de 3 m, subindo a 3 m/s, com a gravidade freando:
Ou seja, ela já subiu, parou e está descendo, a 1 m do solo, com 7 m/s.
Passo 3 — as energias.
Conferindo pela conservação da energia: no lançamento, a esfera 1 tinha J e J, total 34,5 J. Em t = 1 s: 10 + 24,5 = 34,5 J. Bate.
⚠️ A armadilha: achar que a esfera 1 ainda está subindo, ou calcular a energia potencial em relação à plataforma. A plataforma foi retirada, e a referência pedida é o solo.
A ideia em uma frase: os dois lançamentos têm o mesmo relógio: ache o tempo pela esfera 2 e use-o nas equações da esfera 1.
Resposta: alternativa A (10 J e 24,5 J).
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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