Prova de Física: Questões de Mecânica para 3º Ano do Ensino Médio
Tema: MECANICA
Etapa/Série: 3º ano – Ensino Médio
Disciplina: Física
Questões: 10
Prova de Física – 3º Ano do Ensino Médio
Tema: Mecânica
Esta prova abordará conceitos fundamentais da mecânica, estimulando sua compreensão e aplicação em diferentes contextos. As questões foram elaboradas para envolver o raciocínio crítico e a análise prática dos conceitos mecânicos. Responda todas as questões de forma clara e objetiva.
Questões Dissertativas:
- Questão 1:
Um corpo de 2 kg está em repouso e é submetido a uma força constante de 10 N. Determine sua aceleração e discorra sobre a importância da Segunda Lei de Newton nesse contexto.
- Questão 2:
Uma bola de futebol é chutada com uma velocidade inicial de 20 m/s em um ângulo de 30° em relação à horizontal. Calcule a altura máxima que a bola atinge e explique o princípio da conservação da energia potencial e cinética que se aplica ao caso.
- Questão 3:
explique a Lei da Conservação da Quantidade de Movimento utilizando um exemplo prático de duas bolas de bilhar colidindo em uma mesa. Como essa lei pode ser aplicada em transportes modernos, como os carros?
- Questão 4:
Um carro viaja a uma velocidade constante de 72 km/h. Calcule o tempo que ele leva para percorrer uma distância de 150 km e analise o conceito de velocidade média nesse cenário.
- Questão 5:
Discuta o conceito de trabalho mecânico, apresentando sua equação e interpretando suas unidades. Em seguida, dê um exemplo de um cálculo de trabalho em um cenário do cotidiano.
- Questão 6:
Um bloco de 5 kg é puxado por uma força de 15 N em uma superfície horizontal com um coeficiente de atrito de 0,2. Calcule a aceleração do bloco e comente a influência do atrito nos movimentos.
- Questão 7:
Analise um movimento circular uniforme. Defina o que é e exemplifique um cenário em que esse tipo de movimento ocorre, discutindo suas características e a força centrípeta necessária para mantê-lo.
- Questão 8:
Um pêndulo simples de 1 metro de comprimento é solto a partir de uma altura de 0,5 metros. Determine o período do pêndulo e comente sobre as forças envolvidas no movimento do pêndulo durante sua oscilação.
- Questão 9:
Uma ponte oscila devido a uma força externa. Discuta os métodos que podem ser utilizados para reduzir as vibrações em estruturas e o papel da física no design dessas soluções.
- Questão 10:
A energia cinética de um objeto é dada pela fórmula (E_k = frac{1}{2} mv^2). Discuta como a variação da velocidade impacta a energia cinética de um objeto e forneça um exemplo prático.
Gabarito Detalhado
- Resposta da Questão 1:
Aplicando a Segunda Lei de Newton, temos (F = ma). Portanto, (a = frac{F}{m} = frac{10 N}{2 kg} = 5 m/s^2). A importância da Segunda Lei de Newton é o entendimento de que a aceleração de um objeto está diretamente proporcional à força aplicada e inversamente proporcional à sua massa.
- Resposta da Questão 2:
A altura máxima (h) é dada por (h = frac{v^2 sin^2(theta)}{2g}). Substituindo, temos (h = frac{(20 m/s)^2 cdot sin^2(30°)}{2 cdot 9,8 m/s^2} approx 10,2 m). A conservação de energia mostra que a energia cinética do chute se transforma em energia potencial no topo da trajetória.
- Resposta da Questão 3:
A Lei da Conservação da Quantidade de Movimento afirma que a quantidade total de movimento de um sistema isolado permanece constante. Um exemplo prático é a colisão em uma partida de sinuca; a soma dos momentos das bolas antes da colisão é igual à soma após a colisão. Em transportes, essa lei é fundamental para a segurança em acidentes, onde é preciso calcular a mudança de momentum dos veículos envolvidos.
- Resposta da Questão 4:
Convertendo a velocidade para m/s: (72 km/h = 20 m/s), a fórmula usada é (v = frac{d}{t}), logo (t = frac{d}{v} = frac{150000 m}{20 m/s} = 7500 s). A análise da velocidade média é importante para planejamento de viagens e entendimentos sobre tráfego.
- Resposta da Questão 5:
O trabalho mecânico é dado por (W = F cdot d cdot cos(theta)). Unidades são Joules (J). Um exemplo no cotidiano é o trabalho realizado para empurrar uma caixa a uma certa distância.
- Resposta da Questão 6:
Primeiro, calculamos a força de atrito: (F_a = mu cdot N = 0,2 cdot 5 kg cdot 9,8 m/s^2 = 9,8 N). A força resultante é (F_{resultante} = 15 N – 9,8 N = 5,2 N). Portanto, a aceleração é (a = frac{F_{resultante}}{m} = frac{5,2 N}{5 kg} approx 1,04 m/s^2). O atrito diminui a aceleração do bloco.
- Resposta da Questão 7:
O movimento circular uniforme ocorre quando um objeto se move em um círculo com velocidade constante. Um exemplo é a roda de uma bicicleta. A força centrípeta é necessária para manter o movimento, direcionada para o centro do círculo e é dada por (F_c = frac{mv^2}{r}).
- Resposta da Questão 8:
O período (T) do pêndulo é dado por (T = 2pi sqrt{frac{L}{g}}), onde (L) é o comprimento e (g) a aceleração da gravidade. Assim, (T approx 2pi sqrt{frac{1 m}{9,8 m/s²}} approx 2,01 s). As forças envolvidas são a força gravitacional e a tensão na corda do pêndulo.
- Resposta da Questão 9:
Métodos como amortecedores ou o uso de materiais que reduzam a vibração são fundamentais para mitigar os efeitos de forças externas. A física contribui ao aplicar modelos matemáticos para prever as possíveis oscilações e ao projetar estruturas que suportem melhor essas forças.
- Resposta da Questão 10:
Observa-se que a energia cinética varia com o quadrado da velocidade. Por exemplo, se a velocidade de um carro dobra, sua energia cinética aumenta quatro vezes. Isso demonstra a importância de medidas de segurança, como limites de velocidade, em relação ao risco de acidentes.
Esta prova tem por finalidade avaliar a compreensão dos alunos sobre conceitos fundamentais da mecânica e sua aplicação prática. A elaboração das respostas deve considerar a clareza, objetividade e a profundidade da análise proposta nas questões.
