Um pai enérgico coloca seu filho de 20 kg em um carrinho de 5,0 kg ao qual uma corda de 2,0 m de comprimento foi presa. Ele, então, segura a extremidade livre da corda e faz o carrinho descrever um círculo, mantendo a corda paralela ao solo. A tensão na corda é de 100 N. O atrito de rolamento entre as rodas do carrinho e o solo é desprezível. Desenhe o diagrama de corpo livre.

Passo 1

Beleza, o enunciado diz que temos um meninão de 20 kg dentro de um carrinho de 5 kg, presos a uma corda de 2 m. O pai gira o conjunto num círculo horizontal e a corda fica tensionada em 100 N.
Conteúdo: Dinâmica (Diagrama de Corpo Livre) e condições de equilíbrio vertical.
O que vamos precisar:
  • Identificar todas as forças agindo no carrinho+criança (massa total ,kg).
  • Saber que, no eixo vertical, as forças se equilibram (nenhuma aceleração pra cima/baixo).
  • Desenhar as setas correspondentes no diagrama.

Passo 2

Lista de forças no carrinho+criança:
  1. Peso: , para baixo.
  2. Força Normal: , do chão, para cima.
  3. Tensão: , da corda, horizontal (para o centro da trajetória).

Passo 3

Aplicando equilíbrio vertical (sem aceleração para cima/baixo):
sum Fy = 0 ;Longrightarrow; N - mg = 0 ;Longrightarrow; N = mg = 25 times 9,8 = 245 N
Na direção horizontal a única força é a tensão N, que faz o carrinho girar (força centrípeta).

Passo 4

Vamos desenhar o diagrama de corpo livre (vista lateral do carrinho como um ponto):
↑  
│ N = 245 N  
● → T = 100 N  
↓  
│ P = mg = 245 N  
Legenda:
• ● representa o carrinho+criança.
• Seta para cima: força normal .
• Seta para baixo: peso .
• Seta horizontal: tensão .

Resposta

Diagrama com as três forças:
para cima (245 N)
para baixo (245 N)
horizontal (100 N) fazendo o carrinho girar.

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