UFSC 2023 — questão 22 de Física
Enunciado em texto
João e Thiago observaram que existiam vários tipos de academias no navio, como de musculação, de pilates e de jiu-jítsu. Então, resolveram entrar em uma que possuía dois aparelhos destinados a exercitar os membros superiores, como mostram as figuras 1 e 2, pois assim poderiam se exercitar ao mesmo tempo. Em seu aparelho (figura 1), Thiago puxa a corda, e João, por sua vez, puxa a mola do seu (figura 2). Ambos puxam com velocidade constante até que Thiago levante o bloco (m = 2,0 kg) a uma altura de 20,0 cm e João estique a mola (k = 100 N.m), também em 20,0 cm.
[Figura 1 (Thiago): Thiago puxa horizontalmente uma corda que passa por uma roldana fixa no alto de uma parede; na outra ponta, pendurado na vertical, o bloco de massa m. Figura 2 (João): João puxa horizontalmente uma mola presa pela outra ponta a uma parede.]
Desconsiderando os atritos, as massas da roldana, da corda e da mola e adotando , é correto afirmar que:
(01) a força resultante sobre o bloco (figura 1) durante o movimento de subida é de 20,0 N.
(02) ao puxarem 20,0 cm, Thiago e João estarão fazendo uma força de 20,0 N para segurar o bloco e a mola, respectivamente.
(04) na metade do deslocamento (10,0 cm), a força aplicada por Thiago sobre a corda (figura 1) tem o mesmo módulo da força aplicada por João na mola (figura 2).
(08) a força aplicada por Thiago quando a corda for puxada 5,0 cm será de 5,0 N.
(16) o módulo da força aplicada por João é diretamente proporcional à deformação sofrida pela mola.
(32) a força aplicada por Thiago durante o movimento de subida do bloco (figura 1) é de 20,0 N.
(Enunciado e figura: Vestibular UFSC 2023 — UFSC/COPERVE.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), Comissão Permanente do Vestibular (COPERVE).
Resolução comentada
O que a questão pede: comparar a força para erguer um peso (constante) com a força para esticar uma mola (que cresce com a deformação).
Passo 1 — Thiago. O bloco sobe com velocidade constante: a resultante sobre ele é nula, e a tração na corda iguala o peso. A roldana fixa só muda a direção da força:
Isso vale durante toda a subida, qualquer que seja o quanto a corda já foi puxada.
Passo 2 — João. Com velocidade constante (e mola de massa desprezível), a força de João iguala a força elástica, (formulário da prova). A unidade de k veio impressa como “N.m”, mas é N/m:
Esse é o valor no fim; antes disso, a força é menor.
(01) Falsa. Velocidade constante: resultante nula sobre o bloco. Os 20 N são o peso (e a tração), não a resultante.
(02) Verdadeira. Com 20,0 cm puxados, Thiago faz 20 N (o peso) e João faz N.
(04) Falsa. Em 10,0 cm, João faz N, enquanto Thiago continua fazendo 20 N.
(08) Falsa. A força de Thiago não depende do quanto a corda foi puxada: é sempre 20 N. (5,0 N seria a força de João, com 5,0 cm de mola.)
(16) Verdadeira. É a lei de Hooke, : dobrando a deformação, dobra a força.
(32) Verdadeira. Passo 1: 20,0 N durante toda a subida.
⚠️ A armadilha: a (04) e a (08), achar que a força de Thiago também cresce aos poucos. Peso é constante; só a força elástica depende da deformação.
A ideia em uma frase: erguer um peso com velocidade constante exige força constante igual a mg; esticar uma mola exige força que cresce com a deformação, kx.
Resposta: soma 50 (02 + 16 + 32).
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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