“Desvendando as Leis de Newton: Prova de Física para 1º Ano”
Tema: aPLICAÇÕES DE LEIS DE NEWTON
Etapa/Série: 1º ano – Ensino Médio
Disciplina: Física
Questões: 10
Prova de Física – 1º Ano do Ensino Médio
Tema: Aplicações das Leis de Newton
Instruções: Responda todas as questões a seguir de forma clara e objetiva. Utilize o conhecimento adquirido nas aulas de física, além de sua capacidade de raciocínio crítico, para justificar suas respostas.
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Questão 1:
Um elevador está subindo com uma aceleração constante de 2 m/s². Considere uma pessoa com massa de 70 kg dentro desse elevador. Calcule a força que a pessoa exerce sobre o chão do elevador e explique o resultado em relação à força que a Terra exerce sobre a pessoa.
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Questão 2:
Um bloco de 5 kg está em repouso sobre uma superfície horizontal. O coeficiente de atrito estático entre o bloco e a superfície é de 0,4. Determine o valor máximo da força horizontal que pode ser aplicada ao bloco para que ele não se mova, justificando seu raciocínio com base nas leis de Newton.
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Questão 3:
Um corpo de 10 kg é colocado em um plano inclinado que forma um ângulo de 30º com a horizontal. Calcule a componente da força gravitacional que atua ao longo desse plano e explique qual seria a situação ideal para que o corpo deslizasse sem atrito.
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Questão 4:
Uma mola possui constante elástica (k) de 200 N/m e está comprimida 0,2 m. Calcule a força que essa mola exerce quando liberada e discuta como essa força se relaciona com a primeira lei de Newton.
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Questão 5:
Um carro de 1200 kg faz uma curva em um caminho circular de raio 50 m com uma velocidade de 20 m/s. Determine a força centrípeta necessária para manter o carro na trajetória circular e analise a relação entre essa força e a força de atrito.
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Questão 6:
Um bloco de 3 kg é puxado por uma corda com tensão de 15 N. Considerando que o bloco se move em um ambiente com atrito cinético que exerce uma força de 5 N, determine a aceleração do bloco e explique como as forças atuantes são equilibradas de acordo com a segunda lei de Newton.
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Questão 7:
Um elevador em queda livre (considerando a ausência de resistência do ar) apresenta um estado de peso aparente de uma pessoa dentro dele. Descreva o que acontece com essa pessoa de acordo com a terceira lei de Newton e como isso se relaciona à fórmula da gravidade.
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Questão 8:
Considere um objeto com massa de 50 kg em um plano inclinado com um ângulo de 45º. Se o coeficiente de atrito cinético entre o objeto e o plano inclinado é de 0,2, calcule a força de atrito que atua sobre o objeto e determine se ele escorregaria ou não ao longo do plano.
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Questão 9:
Se um corpo é submetido a uma força resultante de 100 N e apresenta uma aceleração de 5 m/s², determine a massa do corpo e exemplifique como essa relação se aplica nos movimentos cotidianos.
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Questão 10:
Descreva um experimento simples que você poderia realizar para observar a aplicação da primeira e da segunda lei de Newton. Explique os passos que você seguiria e como interpretaria os resultados.
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Gabarito Detalhado
Questão 1:
*A força que a pessoa exerce é dada por F = m(g + a). Considerando g = 9,8 m/s², temos: F = 70(9,8 + 2) = 70 * 11,8 = 826 N. A Terra exerce igual força na direção oposta, conforme a terceira lei de Newton.*
Questão 2:
*A força máxima é F = μ * N, onde N = mg = 5 * 9,8 = 49 N. Assim, F = 0,4 * 49 = 19,6 N. Esse é o limite antes do bloco se mover, conforme a primeira lei de Newton.*
Questão 3:
*A componente da força gravitacional é F = mg sen(θ) = 10 * 9,8 * sen(30º) = 49 N. Para deslizar sem atrito, a inclinação deve ser ideal para equilibrar forças, sem superar este valor.*
Questão 4:
*A força é F = kx = 200 * 0,2 = 40 N. A primeira lei de Newton afirma que um corpo em repouso permanece assim a não ser que uma força atue. A força da mola acionada é esta força.*
Questão 5:
*A força centrípeta é F = mv²/r, ou seja, F = 1200(20²)/50 = 4800 N. Essa força deve ser proporcionada pela força de atrito entre os pneus e a estrada, que se opõe à inércia do carro.*
Questão 6:
*A aceleração é obtida pela equação F = ma, então a força resultante é 15 N – 5 N = 10 N, logo, a aceleração a = F/m = 10/3 ≈ 3,33 m/s². As forças atuantes são analisadas pela segunda lei de Newton.*
Questão 7:
*Dentro do elevador em queda livre, a pessoa se encontra em um estado de “peso aparente” nulo, pois não se exerce força normal sobre ela. Isso demonstra a sua inércia em relação à gravidade.*
Questão 8:
*Força de atrito: F_atrito = μ * N = 0,2 * (50 * 9,8 * cos(45º)) = 69,28 N. O escorregamento não ocorre, pois F_g = 348 N > F_atrito, logo, o corpo não escorrega.*
Questão 9:
*A massa é determinada pela fórmula F = ma, onde m = F/a = 100/5 = 20 kg. Este conceito de força, massa e aceleração é fundamental na descrição de movimentos na vida diária.*
Questão 10:
*Um experimento simples pode incluir a observação de um carrinho em uma rampa. A inclinação e a resistência do ar podem ser variáveis. A partir do movimento do carrinho, é possível observar a primeira lei (inércia) e como a segunda lei se aplica às mudanças nas forças.*
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Se deseja mais questões ou outro tipo de material, estou à disposição!
