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.

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 v=0 em um referencial e vneq0 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?

Passo 2

Para I, aplicamos a segunda lei de Newton em qualquer referencial inercial. A equação é
Fres = m,a
Se Fresneq0 então aneq0. 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 S temos velocidade v, em S' movendo-se com velocidade u relativa a S a velocidade é
v'=v - u
Basta escolher u=v para ter v'=0 em S' mesmo que vneq0 em S. Exemplo: um carrinho sujeito a Fneq0 escorrega e em dado instante v=10 m/s 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 a) mas não a velocidade nem sua orientação instantânea, pois isto depende da condição inicial. Por exemplo, uma bola sob ação apenas do peso ( F=m,g para baixo) pode estar subindo (se lançada para cima) mesmo com F 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 Fres=m,a), a força resultante é nula. Destarte, a alternativa correta é a (c).

Resposta

I – Sim. Com Fneq0 temos aneq0 em qualquer referencial inercial, e por Galileu pode-se ter v=0 em um e vneq0 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.

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