EsPCEx · 2010 — Questões de Física comentadas — Método TEF

Faça um diagrama de forças para o corpo escolhido e defina os eixos mais convenientes para o movimento. A segunda lei de Newton relaciona a soma vetorial das forças à aceleração, por isso cada componente deve ser escrita com o sinal correspondente ao eixo adotado.

Como o movimento é retilíneo e uniforme, a aceleração é nula. Pela segunda lei de Newton, $\sum \vec{F}=m\vec{a}=0$. Assim, $\vec{F}_1+\vec{F}_2+\vec{F}_3+\vec{F}_4=0$, ou seja, $\vec{F}_1+\vec{F}_2+\vec{F}_3=-\vec{F}_4$.

Quando há blocos ligados, compare a aceleração imposta pela ligação e analise as forças em cada corpo antes de somar equações. Se o movimento é uniforme ou o sistema permanece em repouso, a aceleração é zero, embora as forças individuais possam continuar atuando. Confira a unidade do resultado e seu sentido físico.

Faça um diagrama de forças para o corpo escolhido e defina os eixos mais convenientes para o movimento. A segunda lei de Newton relaciona a soma vetorial das forças à aceleração, por isso cada componente deve ser escrita com o sinal correspondente ao eixo adotado.

Como o bloco $A$ desce com velocidade constante, $a=0$. Para ele, $T=M_Ag=5\cdot10=50\text{ N}$. O bloco $B$ também se move sem aceleração, pois está ligado ao mesmo fio ideal; logo, horizontalmente, a força de atrito equilibra a tração. Portanto, $f=T=50\text{ N}$.

Identifique primeiro o intervalo de tempo e o referencial adotado no enunciado. A posição informa onde o móvel está; a velocidade descreve como a posição varia; a aceleração descreve como a velocidade varia. Em um gráfico, a inclinação fornece uma taxa de variação, enquanto a área só representa deslocamento quando os eixos são velocidade e tempo.

Entre $5\text{ min}$ e $10\text{ min}$ a velocidade permanece positiva, mas diminui de $40\text{ km/h}$ até zero. Assim, o módulo da velocidade decresce e o movimento é retardado. Não há inversão de sentido, pois a velocidade não se torna negativa.

Defina o sistema e o sentido adotado para calor e trabalho. A primeira lei relaciona a variação da energia interna ao calor recebido e ao trabalho realizado pelo gás. Em um diagrama pressão por volume, a área orientada sob a curva corresponde ao trabalho do gás.

Em uma transformação cíclica, o gás retorna ao estado termodinâmico inicial. Como a energia interna é função de estado, sua variação total no ciclo é $\Delta U=0$. O calor e o trabalho totais, em geral, não são nulos e satisfazem $Q=W$ ao longo do ciclo.

Defina o sistema e o sentido adotado para calor e trabalho. A primeira lei relaciona a variação da energia interna ao calor recebido e ao trabalho realizado pelo gás. Em um diagrama pressão por volume, a área orientada sob a curva corresponde ao trabalho do gás.

Como o recipiente é rígido, o volume permanece constante. Para uma quantidade fixa de gás ideal, $P/T$ é constante: $P_1/T_1=P_2/T_2$. Assim, $T_2=T_1P_2/P_1=230\cdot(2{,}4/1{,}5)=368\text{ K}$.

Identifique o tipo de transformação antes de aplicar propriedades especiais: volume constante implica trabalho nulo; temperatura constante de gás ideal implica variação nula de energia interna. Em um ciclo completo, o sistema retorna ao estado inicial e a variação total da energia interna é zero.

Comece isolando o corpo ou o conjunto que está em equilíbrio. Sobre ele, marque as forças externas com direção, sentido e ponto de aplicação. O equilíbrio exige resultante de forças nula; para um corpo extenso, também exige soma dos momentos nula em relação a qualquer eixo escolhido.

O conjunto possui três estágios móveis, duplicando a força de sustentação a cada estágio. Assim, a vantagem mecânica ideal é $2^3=8$. O peso da caixa é $P=Mg=60\cdot10=600\text{ N}$. Em equilíbrio, $8F=600$, de onde $F=75\text{ N}$.

Delimite o sistema físico e o intervalo analisado. A quantidade de movimento é vetorial, e sua variação é igual ao impulso da força externa resultante. Em interações rápidas, a conservação é apropriada quando o impulso externo durante a colisão ou separação pode ser desprezado.

A quantidade de movimento inicial é nula. Após a explosão, $p_1=M_1v_1=0{,}100\cdot30=3\text{ kg m/s}$ e $p_2=M_2v_2=0{,}200\cdot20=4\text{ kg m/s}$. Como esses vetores são perpendiculares, a resultante tem módulo $\sqrt{3^2+4^2}=5\text{ kg m/s}$. O terceiro fragmento deve ter quantidade de movimento oposta de mesmo módulo: $M_3v_3=5$. Portanto, $v_3=5/0{,}125=40\text{ m/s}$.

Identifique primeiro o intervalo de tempo e o referencial adotado no enunciado. A posição informa onde o móvel está; a velocidade descreve como a posição varia; a aceleração descreve como a velocidade varia. Em um gráfico, a inclinação fornece uma taxa de variação, enquanto a área só representa deslocamento quando os eixos são velocidade e tempo.

Sem escorregamento, as velocidades tangenciais nas bordas das polias são iguais: $\omega_1R_1=\omega_2R_2$. Como a frequência de rotação é proporcional a $\omega$, $n_2=n_1R_1/R_2=3000\cdot15/60=750\text{ rpm}$.

Confira se a relação escolhida utiliza as grandezas realmente fornecidas. Quando o movimento tem etapas, calcule cada intervalo separadamente antes de somar tempos ou deslocamentos. No fim, compare o sinal obtido com o sentido definido como positivo e faça a conversão de unidades apenas depois de manter a equação coerente.

Separe a dilatação do corpo e a do recipiente ou abertura que o contém. Para pequenas variações de temperatura, a variação dimensional é proporcional à dimensão inicial, ao coeficiente correspondente e à variação de temperatura. Em líquidos contidos, a dilatação observada é a diferença entre a dilatação real do líquido e a capacidade adicional do recipiente.

O volume transbordado corresponde à dilatação aparente: $\Delta V=V_0(\gamma_L-\gamma_r)\Delta T$. Com $\Delta T=80 {}^\circ\text{C}$, temos $20=400(\gamma_L-4{,}0\times10^{-5})80$. Assim, $\gamma_L-4{,}0\times10^{-5}=6{,}25\times10^{-4}$ e $\gamma_L=6{,}65\times10^{-4} {}^\circ\text{C}^{-1}$.

Use coeficientes da mesma espécie, como volumétricos com volumétricos, antes de comparar resultados. Se dois corpos sofrem a mesma variação térmica, isso pode eliminar o fator temperatura de uma razão. Confira se o sinal final representa expansão ou contração.

Identifique primeiro o intervalo de tempo e o referencial adotado no enunciado. A posição informa onde o móvel está; a velocidade descreve como a posição varia; a aceleração descreve como a velocidade varia. Em um gráfico, a inclinação fornece uma taxa de variação, enquanto a área só representa deslocamento quando os eixos são velocidade e tempo.

A igualdade das posições encontra o instante de encontro, não o resultado solicitado. Depois de obter $T=75$ s, substitua esse instante em uma das funções. A conferência pela outra dá $10+0{,}6(75)=55$ m também.

No encontro, $S_A=S_B$: $40+0{,}2T=10+0{,}6T$. Logo, $30=0{,}4T$ e $T=75\text{ s}$. Substituindo em qualquer função horária, $S=40+0{,}2\cdot75=55\text{ m}$.

Determine primeiro quais pontos do fluido estão à mesma profundidade e quais superfícies estão expostas à pressão externa. Em repouso, a diferença de pressão entre dois níveis depende da densidade, da gravidade e da diferença vertical de altura. Para corpos imersos, o empuxo depende do volume de fluido deslocado.

Usando literalmente o valor fornecido no caderno, $p=10\text{ Pa}$, e $A=1\text{ cm}^2=10^{-4}\text{ m}^2$. Como $p=F/A$, segue $F=pA=10\cdot10^{-4}=10^{-3}\text{ N}$. Observação TEF: o enunciado identifica $10\text{ Pa}$ como uma atmosfera, o que é fisicamente incorreto; $1\text{ atm}\approx10^5\text{ Pa}$. O gabarito oficial, porém, segue o valor numérico impresso.

Escolha os estados inicial e final antes de escrever a equação de energia. O trabalho das forças resultantes altera a energia cinética; forças conservativas podem ser representadas por energia potencial. Atrito e outras forças dissipativas entram pelo trabalho que realizam ao longo do deslocamento.

Sem forças dissipativas, conserva-se a energia mecânica. Tomando $B$ como referência de energia potencial, $Mg h=\frac12Mv^2$. A massa cancela: $v=\sqrt{2gh}=\sqrt{2\cdot10\cdot7{,}2}=\sqrt{144}=12\text{ m/s}$.

Defina um nível de referência para a energia potencial e mantenha esse nível durante toda a conta. Se a questão envolve várias etapas, some as variações de energia de cada uma, observando os sinais. Ao final, confira se a energia perdida por um mecanismo aparece como ganho em outro ou como dissipação.