UNESP 2016 (meio de ano) — questão 77 de Física

Enunciado em texto
Uma garota de 50 kg está brincando em um balanço constituído de um assento e de uma corda ideal que tem uma de suas extremidades presa nesse assento e a outra, em um saco de areia de 66 kg que está apoiado, em repouso, sobre o piso horizontal. A corda passa por duas roldanas ideais fixas no teto e, enquanto oscila, a garota percorre uma trajetória circular contida em um plano vertical de modo que, ao passar pelo ponto A, a corda fica instantaneamente vertical.
[Figura (fora de escala): duas roldanas presas no teto. Da roldana da esquerda desce o trecho de corda do balanço, de 5 m de comprimento (cota), até o assento da garota; ela aparece numa posição inclinada e, de novo, no ponto A, logo abaixo da roldana, com a corda vertical. A corda passa por cima das duas roldanas e, da roldana da direita, desce na vertical até o saco de areia, apoiado no piso.]
Desprezando a resistência do ar e a massa do assento, considerando g = 10 m/s² e as informações contidas na figura, a maior velocidade, em m/s, com a qual a garota pode passar pelo ponto A sem que o saco de areia perca contato com o solo é igual a
(A) 2.
(B) 5.
(C) 3.
(D) 4.
(E) 1.
(Enunciado e figura: Vestibular Unesp 2016, meio de ano — Unesp/Vunesp.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Estadual Paulista (Unesp) e à Fundação VUNESP.
Resolução comentada
O que a questão pede: a maior velocidade da garota no ponto mais baixo (A) sem que a corda levante o saco de areia.
Passo 1 — o limite da tração. Corda ideal passando por roldanas ideais tem a mesma tração em todos os pontos. O saco (66 kg) só perde contato com o chão se a tração passar do seu peso:
Passo 2 — as forças na garota em A. Em A ela está no ponto mais baixo do círculo de raio 5 m: a tração aponta para cima (para o centro) e o peso para baixo. A diferença entre as duas é a resultante centrípeta:
Passo 3 — a conta, com T = 660 N, m = 50 kg e R = 5 m:
⚠️ A armadilha: esquecer o peso da garota e fazer 660 = 50v²/5, o que dá v ≈ 8,1 m/s (fora das alternativas). No ponto mais baixo, a corda tem de sustentar o peso e ainda fornecer a força centrípeta.
A ideia em uma frase: no ponto mais baixo, T = mg + mv²/R; a corda aguenta no máximo o peso do saco, e daí sai a velocidade máxima.
Resposta: alternativa D (4 m/s).
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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