Física 19 A Flashcards
(15 cards)
Qual é a definição de força centrípeta no contexto do movimento circular uniforme, e como ela está relacionada à aceleração centrípeta e à mudança de direção do vetor velocidade?
No movimento circular uniforme, a força centrípeta é a força resultante que aponta para o centro da circunferência, responsável por mudar a direção do vetor velocidade, permitindo que o corpo realize a curva. Ela é perpendicular ao vetor velocidade e está relacionada à aceleração centrípeta, que também aponta para o centro e é calculada por a_c = v²/r, onde v é a velocidade tangencial e r é o raio. Pela Segunda Lei de Newton, a força centrípeta é dada por F_c = m * a_c. Diferentemente do que alguns pensam, ela não está na mesma direção do vetor velocidade. A força centrífuga, mencionada em algumas provas (como no Enem 2017), é um conceito que pode aparecer, mas não foi detalhado no texto.
No contexto de um carro em movimento circular uniforme com velocidade constante, qual alternativa melhor representa a direção da força resultante, e como ela é calculada?
No exemplo, um carro realiza uma curva circular com velocidade constante, caracterizando um movimento circular uniforme. A força resultante nesse movimento é a força centrípeta, que aponta para o centro da circunferência, perpendicular ao vetor velocidade. Ela é responsável por manter o carro na trajetória curva, mudando a direção do vetor velocidade. A força centrípeta é calculada pela fórmula F_c = m * v²/r, onde m é a massa do carro, v é a velocidade tangencial constante, e r é o raio da curva. A alternativa correta, conforme o texto, é a letra D, que indica a força centrípeta como a força resultante. Muitos erram ao confundir a direção da velocidade com a da força ou ao considerar a força centrífuga, que não se aplica nesse contexto.
Qual é a força resultante atuando em um corpo no ponto mais baixo de uma trajetória circular, quando ele é solto e segue um movimento circular, e qual alternativa melhor representa sua direção?
No contexto de um corpo em movimento circular, como descrito, no ponto mais baixo da trajetória circular, a força resultante é a força centrípeta, que sempre aponta para o centro da circunferência, pois é ela que mantém o corpo na trajetória curva, mudando a direção do vetor velocidade. No entanto, o texto sugere que a alternativa escolhida (letra B) indica a força resultante apontando para fora da curva, o que está incorreto, pois a força centrípeta nunca aponta para fora. A confusão pode surgir de conceitos errôneos, como a força centrífuga (uma força fictícia), mas no movimento circular uniforme ou não uniforme, a força resultante real é sempre a centrípeta, direcionada ao centro. A alternativa correta deveria indicar a força apontando para o centro da circunferência.
No contexto de um pêndulo cônico em movimento circular uniforme, qual alternativa melhor representa a direção da força resultante atuando no corpo?
No pêndulo cônico, o corpo realiza um movimento circular uniforme, e a força resultante é a força centrípeta, que aponta para o centro da circunferência, mantendo o corpo na trajetória curva ao mudar a direção do vetor velocidade. A força centrípeta é fornecida pela combinação das forças reais atuantes, como a tensão do fio e o peso do corpo, mas sua direção é sempre radial, em direção ao centro. A alternativa correta, conforme o texto, é a letra C, que representa a força resultante apontando para o centro da circunferência. As letras A e B são incorretas, pois não indicam a direção centrípeta, possivelmente sugerindo direções equivocadas, como a força centrífuga ou outras direções não condizentes com o movimento circular uniforme.
No caso de um satélite em movimento circular uniforme ao redor da Terra, qual alternativa melhor representa as forças que atuam no corpo, considerando que a força centrípeta não é uma força nova?
No movimento circular uniforme de um satélite ao redor da Terra, a única força real atuante é a força gravitacional (peso), que atua como a força centrípeta, apontando para o centro da circunferência (o centro da Terra). A força centrípeta não é uma força nova, mas sim a força resultante que mantém o satélite na trajetória circular, mudando a direção do vetor velocidade. Nesse caso, o peso do satélite, causado pela atração gravitacional da Terra, desempenha o papel da força centrípeta. A alternativa correta deve indicar que a única força atuante é o peso, que atua como a força centrípeta, direcionada ao centro da órbita. É comum o erro de considerar a força centrípeta como uma força distinta, mas ela é apenas o efeito da força gravitacional nesse contexto.
No contexto de um elétron em movimento circular uniforme ao redor de um próton, qual é a força que atua como força centrípeta, e por que ela não deve ser considerada uma força nova?
No exemplo, um elétron gira em torno de um próton em movimento circular uniforme, atraído pela força elétrica devido às cargas opostas (próton positivo e elétron negativo). Essa força elétrica, que aponta para o centro da circunferência, desempenha o papel de força centrípeta, mantendo o elétron na trajetória circular ao mudar a direção de seu vetor velocidade. A força centrípeta não é uma força nova ou independente, mas sim a força resultante, neste caso, a própria força elétrica. É um erro comum pensar que a força centrípeta é uma força distinta (como um “vetor verde” mencionado), mas ela é apenas o efeito da força elétrica atuando radialmente. A alternativa correta deve indicar que a força elétrica é a força centrípeta, direcionada ao centro da órbita.
Quais são as forças que atuam em um corpo girando com movimento circular uniforme sobre uma mesa, visto de cima, e qual delas desempenha o papel de força centrípeta?
No exemplo, um corpo gira em movimento circular uniforme sobre uma mesa, visto de cima. As forças reais atuantes são a tensão (provavelmente de um fio ou corda que puxa o corpo para o centro) e a força normal (que equilibra o peso do corpo na direção vertical, não visível na vista de cima). A força centrípeta, necessária para manter o movimento circular, não é uma força nova, mas sim a força resultante que aponta para o centro da circunferência. Nesse caso, a tensão exerce o papel de força centrípeta, direcionada radialmente para o centro, permitindo que o corpo realize a trajetória curva ao mudar a direção do vetor velocidade. A alternativa correta deve indicar que a tensão é a força centrípeta, enquanto a força normal não contribui para o movimento circular na direção horizontal.
Qual é a força que atua como força centrípeta em uma carga positiva girando em movimento circular uniforme, e quantas forças reais estão atuando nesse corpo?
No exemplo, uma carga positiva realiza um movimento circular uniforme, provavelmente sob a ação de uma força magnética, que atua na direção radial (para o centro da circunferência) devido à interação com um campo magnético. A força magnética, que é perpendicular à velocidade da carga e ao campo magnético, desempenha o papel de força centrípeta, mantendo a carga na trajetória circular ao mudar a direção do vetor velocidade. A força centrípeta não é uma força nova, mas sim a força resultante, neste caso, a própria força magnética. Apenas uma força real está atuando: a força magnética. A alternativa correta deve indicar que a força magnética é a força centrípeta, e não há outras forças reais (como uma “força 130” ou outras mencionadas incorretamente).
No brinquedo de parque de diversões “rotor”, onde uma pessoa é presa à parede pela força normal e não desliza, qual é a força que atua como força centrípeta, e por que ela não é considerada uma força nova?
No brinquedo “rotor”, a pessoa realiza um movimento circular uniforme e é mantida presa à parede pela força normal exercida pela parede, que aponta para o centro da circunferência. Essa força normal atua como a força centrípeta, responsável por mudar a direção do vetor velocidade e manter a pessoa na trajetória circular. A força centrípeta não é uma força nova, mas sim a força resultante, neste caso, a própria força normal. Outras forças, como o peso e o atrito (que impede o deslizamento vertical), não contribuem para a força centrípeta na direção radial. A alternativa correta deve indicar que a força normal é a força centrípeta, direcionada ao centro, e esclarecer que a força centrípeta é apenas o papel desempenhado pela força normal, não uma força independente.
Em uma montanha-russa, como a força normal varia nos pontos A (sem curva), B (curva para cima, depressão) e C (curva para baixo), e qual é a força resultante que atua como força centrípeta nesses pontos?
Na montanha-russa, a força centrípeta, que aponta para o centro da circunferência e mantém o carrinho na trajetória curva, não é uma força nova, mas a força resultante. Nos pontos com curva (B e C), a força resultante é dada pela diferença entre a força normal (N) e o peso (P), dependendo da direção da curva. No ponto B (curva para cima, depressão), a força normal é maior que o peso (N > P), pois a força centrípeta (F_c = N - P) aponta para o centro (para cima), fazendo a pessoa se sentir “mais pesada”. No ponto C (curva para baixo), a força normal é menor que o peso (N < P), pois a força centrípeta (F_c = P - N) aponta para o centro (para baixo), fazendo a pessoa se sentir “mais leve”. No ponto A (sem curva), não há força centrípeta, e a força normal é igual ao peso (N = P). A ordem decrescente da força normal é: ponto B (maior), ponto A, ponto C (menor). É incorreto pensar que a força normal sozinha é a força centrípeta ou que há uma força “para a direita” (como Aristóteles poderia sugerir); a força resultante sempre aponta para o centro nas curvas.
No “globo da morte”, quais são as forças que atuam no carrinho (ou moto) no ponto mais alto (A) quando ele passa com a velocidade mínima, e como a força normal se comporta nesse caso?
No “globo da morte”, similar a um looping de montanha-russa, um carrinho (ou moto) realiza um movimento circular, com o ponto A (mais alto) e o ponto C (mais baixo). No ponto A, as forças reais atuantes são o peso (P = m·g, para baixo) e a força normal (N, exercida pelo trilho ou parede, para o centro da circunferência). A força centrípeta (F_c = m·v²/r), que aponta para o centro e mantém o movimento circular, é a força resultante, dada por F_c = P + N (no ponto A, ambas para o centro). Quando o carrinho passa com a velocidade mínima no ponto A, ele está no limiar de perder contato com o trilho, ou seja, a força normal se torna zero (N = 0). Nesse caso, o peso sozinho fornece a força centrípeta: m·g = m·v²/r. Cancelando a massa (m), a velocidade mínima é v_mín = √(g·r), onde g é a aceleração da gravidade (≈ 9,8 m/s²) e r é o raio do globo. Para um raio de 10 metros, v_mín ≈ √(9,8·10) ≈ 9,9 m/s. Se a velocidade for maior que a mínima, N > 0, e o carrinho “comprime” o trilho. A força centrípeta não é uma força nova, mas a resultante de P e N. No ponto C, a normal é maior devido à maior velocidade e à direção oposta do peso, mas o texto foca no ponto A. A alternativa correta deve indicar que, com velocidade mínima no ponto A, a força normal é zero, e o peso atua como a força centrípeta.
Quais são as forças atuantes no carrinho no ponto B (base do “globo da morte”) e qual é a força resultante que atua como força centrípeta, considerando o movimento não uniforme?
No ponto B do “globo da morte”, o carrinho é submetido ao peso (P = m·g, para baixo) e à força normal (N, para cima). A força centrípeta (F_c = m·v²/r), que aponta para o centro (para cima), é a força resultante. No ponto B, a velocidade é máxima, e a força normal excede o peso (N > P), com F_c = N - P. A força centrípeta não é uma força nova, mas a resultante radial. A alternativa correta (letra C) mostra a força resultante como a diferença entre normal e peso, direcionada ao centro. Erros comuns incluem confundir a normal como a única força centrípeta ou achar que o peso atua radialmente.
No “globo da morte”, quais são as forças que atuam no carrinho no ponto C (base do globo), incluindo o peso do carrinho e a força que o chão exerce sobre ele, e como determinar qualitativamente a força resultante que atua como força centrípeta?
No ponto C (base do “globo da morte”), as forças reais no carrinho são o peso (P, para baixo) e a força normal (N, para cima, exercida pelo “chão” ou paredes). A força centrípeta (F_c), que aponta para o centro (para cima), é a força resultante, dada por F_c = N - P, com N > P, pois a velocidade é máxima na base em um movimento circular não uniforme. Qualitativamente, o peso atua verticalmente para baixo, a normal para cima, e a força centrípeta é a diferença entre elas, direcionada ao centro. A alternativa correta indica que F_c = N - P, apontando para o centro, evitando confundir a normal ou o peso como a força centrípeta isoladamente.
Em uma pedra girando em um movimento circular com uma corda, quais são as forças atuantes no ponto C (mais baixo) e no ponto A (mais alto), qual é a força resultante que atua como força centrípeta em cada ponto, e por que o ponto C é o mais provável para a corda arrebentar?
Uma pedra é girada por uma corda em movimento circular. No ponto C (mais baixo), as forças são o peso (P = m·g, para baixo) e a tensão (T, para cima, exercida pela corda). A força centrípeta (F_c = m·v²/r), que aponta para o centro (para cima), é a força resultante, dada por F_c = T - P, com T > P, pois a tensão deve superar o peso para fornecer F_c. No ponto A (mais alto), as forças são o peso (para baixo) e a tensão (para baixo, pois o centro está abaixo). Aqui, F_c = T + P (ambas para o centro), e, se a velocidade for maior que a mínima, T > 0. O ponto C é o mais provável para a corda arrebentar, pois a tensão é maior devido à necessidade de contrabalançar o peso e fornecer a força centrípeta, resultando em T = P + m·v²/r, que é máxima no ponto mais baixo, onde a velocidade também é maior em um movimento não uniforme. A alternativa correta indica que, no ponto C, F_c = T - P, e no ponto A, F_c = T + P, com a corda mais provável de arrebentar no ponto C devido à maior tensão.
No ponto mais alto (A) de um looping realizado por um avião, com o piloto de cabeça para baixo, quais são as forças atuantes sobre o piloto, e qual é a força resultante que atua como força centrípeta?
No ponto A (topo do looping), com o piloto de cabeça para baixo, as forças reais são o peso (para baixo, em direção ao centro da Terra) e a força normal (exercida pelo assento, para baixo, em direção ao centro do looping). A força centrípeta, que aponta para o centro do looping (para baixo), é a força resultante, dada pela soma da normal e do peso. A força centrípeta não é uma força nova, mas a resultante dessas forças. A alternativa correta (letra C, presumida) indica que a força resultante (centrípeta) é a soma da normal e do peso, ambas direcionadas ao centro.
