Exercícios de Física para 1º ano do Ensino Médio (resolvidos)

Objetivo

Determinar a distância percorrida pelo motorista, em km.

Dados

• O movimento é uniforme, ou seja, com velocidade constante e aceleração nula.
• O módulo da velocidade é de 80 km/h
• O tempo de viagem foi de 2 h.

Resolução

Calculemos a distância usando a fórmula da velocidade:

Onde,

é a distância percorrida em km.

é o intervalo de tempo em horas.

Como queremos a distância, isolamos na fórmula.

Substituindo os valores:

Conclusão

Ao viajar com uma velocidade constante de 80 km/h, após 2 h de viagem o motorista percorre 160 km.

Objetivo

Determinar a aceleração no intervalo de tempo de 10 segundos.

Dados

Intervalo de tempo de 10 s.

Variação da velocidade de 0 a 40 m/s.

Resolução

Como há variação da velocidade, o tipo de movimento é acelerado. Sendo a taxa de aceleração constante, trata-se de um movimento uniformemente variado (MUV).

Aceleração é o quanto a velocidade variou em um intervalo de tempo.

Onde,

a é a aceleração, em m/s².

é a variação da velocidade, ou seja, velocidade final menos a inicial.

é o intervalo de tempo, ou seja, tempo final menos o tempo inicial.

Como o carro parte do repouso e o tempo começa a ser contato assim que o carro entra em movimento, velocidade e tempo iniciais são iguais à zero.

Substituindo os dados fornecidos no enunciado:

Conclusão

Neste intervalo de tempo a aceleração do carro foi de 4 m/s².

Explicação

A 1ª lei de Newton, também chamada de Lei da Inércia, afirma que um objeto em repouso permanecerá em repouso, e um objeto em movimento continuará em movimento com velocidade constante, a menos que uma força externa atue sobre ele.

Neste caso, mesmo com o trem diminuindo bruscamente a velocidade, os objetos continuam em movimento devido à inércia, a tendência dos corpos é de manter seu estado de movimento (direção, módulo e sentido) ou repouso.

A relação entre força, massa e aceleração é descrita pela segunda Lei de Newton, que diz: a força resultante que atua em um corpo é igual ao produto entre sua massa e sua aceleração.

Onde,

FR é a força resultante, o somatório de todas as forças que agem no corpo,

m é a massa,

a é a aceleração.

Na situação I, temos:

A massa continua a mesma, mas o módulo da força é dobrado.

Para diferenciar, usamos 1 para as grandezas originais e 2 para a nova.

Original:

Nova:

A força 2 é o dobro da força 1.

F2 = 2F1

Como as massas são iguais, isolamos nas duas equações, igualamos e resolvemos para a2.

Substituindo F2,

Assim, ao dobrarmos o módulo da força, o da aceleração também é multiplicada por 2.

Na situação II:

Igualando as forças e repetindo o processo anterior:

Substituindo m2,

Assim, ao dobrar a massa e manter a força original, a aceleração cai pela metade.

A terceira Lei de Newton explica que toda ação produz uma reação de mesma intensidade, mesma direção e sentido oposto.

Ao aplicar uma força contra a parede, a reação empurra o professor no sentido oposto, com mesma intensidade da força aplicada.

A Lei da ação e reação atua em pares de corpos, nunca no mesmo corpo.

Como os patins permitem rolamento, o centro de massa do professor é lançado para trás e ele desliza pela sala.

A Lei da Gravitação Universal de Newton diz que: "A força de atração gravitacional entre duas massas (m1 e m2) é diretamente proporcional ao produto de suas massas e a constante universal da gravitação e, inversamente proporcional ao quadrado de dua distância.

Sua fórmula:

onde:

F é a força de atração gravitacional,

G é a constante da gravitação universal,

m1 e m2 são as massas dos corpos,

d é a distância entre os centros das massas, em metros.

Substituição dos Valores:

Desprezando os efeitos do ar, todos os objetos caem com a mesma aceleração devido à gravidade, independente de sua massa.

O campo gravitacional atraí os objetos para o centro da Terra com mesma aceleração constante de, aproximadamente, .

A função da velocidade é descrita por:

Com Vi sendo a velocidade inicial igual a zero e a aceleração sendo g:

A velocidade, portanto, só depende do valor da aceleração da gravidade e do tempo de queda.

A distância percorrida também pode ser medida por:

É possível perceber que nem a velocidade, nem a distância dependem da massa do objeto.

O movimento horizontal e vertical são independentes.

Ao desprezar a resistência do ar, a velocidade horizontal será constante, uma vez que não há atrito, sendo o movimento uniforme.

Já o movimento vertical é acelerado e depende da aceleração da gravidade.

A composição dos movimentos forma a trajetória de uma parábola.

Rendimento (η) é a razão entre a potência útil e a potência recebida, expressa como:

A potência útil, por sua vez, é a potência recebida menos a dissipada.

Potência útil = potência recebida - potência dissipada

Sendo o rendimento 80%, ou, 0,8, temos:

Assim, a potência útil é:

Potência útil = potência recebida - potência dissipada

Potência útil = 10 kW - 2 W = 8 kW

A energia mecânica é a soma de suas parcelas, como a energia potencial gravitacional e a energia cinética.

Considerando o sistema conservativo, ou seja, sem perdas de energia, a energia final deve ser igual à inicial.

No início o carrinho estava parado, sendo sua energia cinética igual à zero, enquanto sua energia potencial era a máxima, pois estava no ponto mais alto.

Ao descer, entra em movimento e sua energia cinética aumenta a medida em que a altura diminui, diminuindo também sua energia potencial.

Enquanto uma parcela diminui, a outra aumenta na mesma proporção, mantendo constante a energia mecânica.

A massa específica de um material é definida como a massa por unidade de volume, sendo calculada pela fórmula:

Para o aço:

Para a madeira:

Para o alumínio:

A pressão em um fluido em repouso é dada pela fórmula:

P=ρ⋅g⋅h + P atmosférica

onde:

P é a pressão,

ρ é a densidade do fluido,

g é a aceleração devida à gravidade,

h é a profundidade do fluido.