Questão 4 - Responda às questões conceituais à seguir justificando sua resposta utilizando as leis de Newton e os conceitos de física adquiridos ao longo de sua formaçăo acadêmica e estudantil:
UNIVERSIDADE FEDERAL DO OESTE DO PARÁ INSTITUTO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA DAS ÁGUAS
BACHARELADO ENGENHARIA SANITARIA E AMBIENTAL
I - Se apenas uma força não-nula atua sobre um objeto, o objeto está acelerado em relação a todos os referenciais inerciais? É possivel que o objeto tenha velocidade nula em algum referencial inercial e não-nula em outro? Caso afirmativo, dê um exemplo específico.
II - Uma bola está sob a ação de uma força única, conhecida. Apenas com esta informação, você pode dizer qual a orientação do movimento da bola em relação a algum referencial inercial? Explique.
III - Um caminhão se afasta de você com velocidade constante (você faz esta observação do meio da estrada). Logo,
(a) não há forças atuando sobre o caminhão,
(b) uma força resultante constante atua sobre o caminhão no sentido da velocidade,
(c) a força resultante que atua sobre o caminhão é nula,
(d) a força resultante que atua sobre o caminhão é seu peso.
BACHARELADO ENGENHARIA SANITARIA E AMBIENTAL
I - Se apenas uma força não-nula atua sobre um objeto, o objeto está acelerado em relação a todos os referenciais inerciais? É possivel que o objeto tenha velocidade nula em algum referencial inercial e não-nula em outro? Caso afirmativo, dê um exemplo específico.
(a) não há forças atuando sobre o caminhão,
(b) uma força resultante constante atua sobre o caminhão no sentido da velocidade,
(c) a força resultante que atua sobre o caminhão é nula,
(d) a força resultante que atua sobre o caminhão é seu peso.
Passo 1
O enunciado pede três respostas conceituais usando as leis de Newton e conceito de referenciais inerciais:
I – se uma única força não nula atua, o objeto está acelerado em todo referencial inercial e se pode ter em um referencial e
em outro (exemplo).
II – com apenas a força, é possível saber a orientação do movimento relativo a algum referencial inercial?
III – um caminhão afasta‐se com velocidade constante; qual a força resultante?
I – se uma única força não nula atua, o objeto está acelerado em todo referencial inercial e se pode ter
II – com apenas a força, é possível saber a orientação do movimento relativo a algum referencial inercial?
III – um caminhão afasta‐se com velocidade constante; qual a força resultante?
Passo 2
Para I, aplicamos a segunda lei de Newton em qualquer referencial inercial. A equação é
Se
então
. Em transformações de Galileu, a aceleração é invariante, ou seja, todos os referenciais inerciais medem a mesma aceleração não nula. Portanto o objeto está acelerando em todos eles.
Ainda em I, a velocidade é relativa: por transformação de Galileu, se em um referencial temos velocidade
, em
movendo-se com velocidade
relativa a
a velocidade é
Ainda em I, a velocidade é relativa: por transformação de Galileu, se em um referencial
Basta escolher
para ter
em
mesmo que
em
. Exemplo: um carrinho sujeito a
escorrega e em dado instante
no solo; em um trem que se move a 10 m/s ao mesmo sentido, ele está em repouso.
Passo 3
Para II, a força única determina apenas a aceleração (direção e sentido de
) mas não a velocidade nem sua orientação instantânea, pois isto depende da condição inicial. Por exemplo, uma bola sob ação apenas do peso (
para baixo) pode estar subindo (se lançada para cima) mesmo com
apontando para baixo. Sem conhecer a velocidade inicial, não dá para saber a orientação do movimento.
Passo 4
Para III, o caminhão se afasta com velocidade constante, logo sua aceleração é zero. Pela primeira lei de Newton (caso particular de
), a força resultante é nula. Destarte, a alternativa correta é a (c).
Resposta
I – Sim. Com
temos
em qualquer referencial inercial, e por Galileu pode-se ter
em um e
em outro (ex.: carrinho visto de um trem).
II – Não. A força fixa só determina aceleração, não a velocidade nem sua direção inicial.
III – (c) a força resultante que atua sobre o caminhão é nula.
II – Não. A força fixa só determina aceleração, não a velocidade nem sua direção inicial.
III – (c) a força resultante que atua sobre o caminhão é nula.