Um bloco de massa m=2,0 kg move-se horizontalmente sobre uma superfície devido à aplicação de uma força horizontal de módulo F=10 N. O coeficiente de atrito cinético entre as superfícies é mu c=0,2. Considere g=10 m / s^2.
(a) Antes de começar a questão, eu não poderia perder essa oportunidade: enuncie as três leis de Newton (brevemente e com suas palavras). (0,5 pontos)
(b) Identifique as forças que atuam no bloco. (0,2 pontos)
(c) Escolha um referencial adequado e desenhe o diagrama de corpo livre do bloco. (0,3 pontos)
(d) Usando a segunda lei de Newton, determine a aceleração do bloco. (1,0 pontos)
(e) Qual a força total que o bloco exerce sobre a superfície? (0,5 pontos)

Passo 1

Beleza, vamos dar uma olhada no que a questão está pedindo. Temos um bloco de massa m = 2,0 kg que está se movendo horizontalmente sobre uma superfície por causa de uma força horizontal F = 10 N. O coeficiente de atrito cinético entre as superfícies é muc = 0,2 e consideramos g = 10 m/s^2. Vamos precisar usar as leis de Newton, identificar as forças envolvidas, desenhar o diagrama de corpo livre, aplicar a segunda lei de Newton para encontrar a aceleração e, por fim, determinar a força total que o bloco exerce sobre a superfície.

Passo 2

Antes de resolvermos a questão, vamos relembrar as três leis de Newton de forma simples:
  1. Primeira Lei (Inércia): Um objeto em repouso ou em movimento retilíneo uniforme tende a permanecer nesse estado, a menos que uma força externa atue sobre ele.
  2. Segunda Lei (F=ma): A aceleração de um objeto é proporcional à força resultante que atua sobre ele e inversamente proporcional à sua massa.
  3. Terceira Lei (Ação e Reação): Para toda ação, há uma reação de mesma intensidade, direção e sentido, mas em sentido oposto.

Passo 3

Agora, vamos identificar as forças que atuam no bloco. Temos:
  • Força aplicada ( F): A força horizontal de 10 N que está empurrando o bloco.
  • Força de atrito ( f): A resistência ao movimento causada pelo atrito entre o bloco e a superfície.
  • Peso ( P): A força gravitacional atuando para baixo, calculada por P = m cdot g.
  • Normal ( N): A força perpendicular à superfície que equilibra o peso do bloco.

Passo 4

Escolhendo um referencial adequado, que nesse caso é um sistema inercial fixo à superfície onde o bloco está, vamos desenhar o diagrama de corpo livre do bloco. No diagrama, representamos todas as forças que atuam sobre o bloco:
  • Uma seta para a direita representando a força aplicada F = 10 N.
  • Uma seta para a esquerda representando a força de atrito f.
  • Uma seta para baixo representando o peso P = m cdot g = 2,0 kg times 10 m/s^2 = 20 N.
  • Uma seta para cima representando a força normal N.

Passo 5

Vamos usar a segunda lei de Newton para determinar a aceleração do bloco. A segunda lei diz que a força resultante é igual à massa multiplicada pela aceleração ( sum F = m cdot a).
Primeiro, calculamos a força de atrito:
f = muc cdot N
Como o bloco está se movendo horizontalmente e não há movimento vertical, a força normal N é igual ao peso P:
N = P = 20 N
Então,
f = 0,2 times 20 N = 4 N
Agora, aplicando a segunda lei na direção horizontal:
sum Fx = F - f = m cdot a
Substituindo os valores:
10 N - 4 N = 2,0 kg cdot a
6 N = 2,0 kg cdot a
a = 6 N2,0 kg = 3 m/s^2

Resposta

A aceleração do bloco é 3 m/s^2.

Exercícios relacionados