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

Gabarito DDinâmica — resultante centrípeta no ponto mais baixo de um balançoMeio de ano · Conhecimentos Gerais · Versão 1
Enunciado — imagem da prova
Enunciado da questão 77 de Física do UNESP 2016 (meio de ano)

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:

Tmaˊx=66⋅10=660 NT_{\text{máx}} = 66 \cdot 10 = 660\ \text{N}

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:

T−m g=m v2RT - m\,g = \frac{m\,v^2}{R}

Passo 3 — a conta, com T = 660 N, m = 50 kg e R = 5 m:

660−500=50 v25660 - 500 = \frac{50\,v^2}{5}

160=10 v2  ⇒  v=4 m/s160 = 10\,v^2 \;\Rightarrow\; v = 4\ \text{m/s}

⚠️ 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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