PAVE XII — 2ª Etapa — Questões de Física comentadas — Método TEF

O trabalho de uma força constante é $W=F\,d\,\cos\theta$, com $\theta$ o ângulo entre a força e o deslocamento. Ele é negativo quando a força tem componente contrária ao deslocamento ($\theta>90^\circ$).

O atrito cinético atua contra o sentido do deslizamento do caixote, então $\theta=180^\circ$ e $W<0$.

Peso (força gravitacional) e normal são perpendiculares ao deslocamento horizontal, logo $\cos90^\circ=0$ e $W=0$. O atrito estático, num caixote que desliza, não é a força que age na situação descrita.

Velocidade média:

$$v_m=\frac{\Delta S}{\Delta t}=\frac{100\text{ m}}{10\text{ s}}=10\text{ m}\cdot\text{s}^{-1}=36\text{ km}\cdot\text{h}^{-1}$$

Para a aceleração média, interpreta-se a corrida como uma aceleração média ao longo dos 10 s, partindo do repouso e chegando com a velocidade média calculada:

$$a_m=\frac{\Delta v}{\Delta t}=\frac{10-0}{10}=1{,}00\text{ m}\cdot\text{s}^{-2}$$

Em um elevador hidráulico, uma pequena força aplicada num êmbolo de área pequena $A_1$ cria uma variação de pressão que, segundo o Princípio de Pascal, é transmitida integralmente a todos os pontos do líquido, inclusive ao êmbolo grande de área $A_2$:

$$\frac{F_1}{A_1}=\frac{F_2}{A_2}\;\Rightarrow\;F_2=F_1\cdot\frac{A_2}{A_1}$$

É essa multiplicação da força que permite erguer um carro. O teorema fundamental da hidrostática e o Princípio de Arquimedes tratam, respectivamente, da pressão em função da profundidade e do empuxo, e não da transmissão de pressão entre êmbolos.

Pela 3ª Lei de Newton, as forças de ação e reação entre os veículos têm a mesma intensidade, mesma direção e sentidos opostos: $F_{AC}=F_{CA}$. Isso elimina as justificativas que falam em uma força “de maior magnitude”.

Pela 2ª Lei, a aceleração de cada um é $a=F/m$. Com a mesma força, quem tem menor massa sofre a maior aceleração:

$$\frac{a_{auto}}{a_{caminh\tilde{a}o}}=\frac{m_{caminh\tilde{a}o}}{m_{auto}}>1$$

O que explica o recuo maior do automóvel é a massa menor. A velocidade prévia (estar em movimento ou em repouso) não determina qual aceleração cada corpo recebe na colisão.

A energia mecânica $E_m=E_c+E_p$ só se conserva quando as forças não conservativas (atrito, resistência do ar) não realizam trabalho, isto é, em sistemas conservativos ou isolados.

Analisando as demais: o tipo de sistema importa (primeira); a energia potencial pode ser gravitacional ou elástica, conforme o sistema, e não apenas uma delas (segunda e última); e, na atmosfera, a resistência do ar dissipa energia mecânica, que não se conserva (terceira).

Leitura do gráfico: de 0 a 2 s a velocidade cai linearmente de 40 a 20 m/s; de 2 a 5 s é constante em 20 m/s; de 5 a 9 s cai linearmente de 20 a −20 m/s (passando por zero em 7 s); de 9 a 11 s cresce linearmente de −20 a 0.

Item a item: em 7 s a velocidade é nula, mas isso nada diz sobre a posição (o gráfico não informa $S_0$); a queda entre 0 e 2 s é uniforme (reta); em 7 s a aceleração é a inclinação da reta, $a=\dfrac{-20-20}{9-5}=-10\text{ m}\cdot\text{s}^{-2}\neq0$.

Entre 2 e 5 s, $v=20\text{ m}\cdot\text{s}^{-1}$ constante, logo a posição varia uniformemente ($\Delta S=20\cdot3=60\text{ m}$). Entre 9 e 11 s o movimento também é uniformemente variado, com velocidade negativa (sentido contrário à trajetória orientada), o que é compatível com “regressivo”. Com duas afirmações defensáveis, a banca anulou a questão.