Exames e testes intermédios nº1 – Satélites, queda livre e Leis de Newton (2006–2009)

⚛️ Física A · 11.º ano📍 Tema 3 · Forças e movimentos
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Exames e testes intermédios nº1

Exames e testes intermédios: satélites, queda livre e Leis de Newton (2006 – 2009)

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📝 15 exercícios

Itens de exames nacionais e testes intermédios sobre este tema, adaptados (dados e figuras novos), com o grau de dificuldade e a cotação de cada um. Clica numa opção para ver logo se acertaste e abre a Resolução para perceberes o raciocínio passo a passo.

1Fácil 16 pontos Adaptado de: Exame Nacional 2006 – 2.ª fase Um satélite geostacionário de massa 5,0×10³ kg está sobre o equador, a 4,22×10⁷ m do centro da Terra (G = 6,67×10⁻¹¹ N m² kg⁻²; MT = 5,97×10²⁴ kg), e tem período igual ao da Terra (24 h).

1.1. Determine o módulo da força gravítica que atua no satélite.

1.2. Determine o módulo da velocidade do satélite.

1.3. Determine a aceleração do satélite e compare-a com v²/r.

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1.1
Dados: m = 5,0×10³ kg · r = 4,22×10⁷ m

Pedido: F.

  1. Lei da Gravitação.F = G × MT·mr²
  2. Substituir.F = 6,67×10⁻¹¹ × 5,97×10²⁴ × 5,0×10³(4,22×10⁷)²
  3. Numerador e denominador.6,67×10⁻¹¹ × 2,985×10²⁸ = 1,99×10¹⁸ e (4,22×10⁷)² = 1,78×10¹⁵
  4. Dividir.F = 1,99×10¹⁸1,78×10¹⁵ = 1,12×10³ N
✅ F ≈ 1,12×10³ N.
1.2
Dados: T = 24 h = 86 400 s · r = 4,22×10⁷ m

Pedido: v.

  1. Fórmula.v = 2π·rT = 2π × 4,22×10⁷86 400
  2. Calcular.v = 3,07×10³ m/s
✅ v ≈ 3,07×10³ m/s.
1.3
Dados: F e m

Pedido: a.

  1. 2.ª Lei.a = Fm = 1,12×10³5,0×10³ = 0,224 m s⁻²
  2. Comparar com v²/r.v²r = (3,07×10³)²4,22×10⁷ = 0,223 m s⁻² ✓
✅ a ≈ 0,22 m s⁻², igual a v²/r (aceleração centrípeta).

2Fácil 16 pontos Adaptado de: Exame Nacional 2007 – 1.ª fase O gráfico mostra o módulo da velocidade de um corpo abandonado perto da superfície terrestre (resistência do ar desprezável).

2.1. Determine a aceleração do corpo.

2.2. Determine a altura de queda ao fim de 3,0 s.

Ver resolução
2.1
Dados: pontos (0;0) e (3,0;30 m/s)

Pedido: a.

  1. Declive.a = 30 − 03,0 − 0 = 10 m s⁻²
✅ a = 10 m s⁻² (= g).
2.2
Dados: área sob v(t) de 0 a 3,0 s

Pedido: h.

  1. Triângulo.h = 3,0 × 302 = 45 m
✅ h = 45 m.

3Médio 12 pontos Adaptado de: Exame Nacional 2007 – 2.ª fase Um satélite descreve uma órbita circular em torno da Terra, estando sujeito apenas à força gravítica. O módulo da sua velocidade…

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Opção
(C)
✔
Opção (C). A força gravítica aponta para o centro e é perpendicular a v em cada ponto: só altera a direção. A resultante não é nula (é centrípeta).

4Médio 12 pontos Adaptado de: Exame Nacional 2009 – 1.ª fase Um carrinho move-se numa pista horizontal com atrito desprezável. Se a resultante das forças que atuam no carrinho for nula, o carrinho…

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Opção
(B)
✔
Opção (B). 1.ª Lei: FR = 0 ⇒ v constante.

5Difícil 24 pontos Adaptado de: Teste Intermédio 2009 – 26/05 Uma bola é lançada na vertical, para cima, com 6,0 m/s, de uma varanda a 2,0 m do solo (g = 10 m s⁻²; resistência do ar desprezável; eixo para cima, origem no solo).

5.1. Determine o tempo que a bola demora a chegar ao solo.

5.2. Determine a velocidade com que atinge o solo.

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5.1
Dados: y₀ = 2,0 m · v₀ = 6,0 m/s · a = −10 m s⁻²

Pedido: t.

  1. Posição.y = 2,0 + 6,0·t − 5,0·t²
  2. Impor y = 0.5,0·t² − 6,0·t − 2,0 = 0
  3. Fórmula resolvente.t = 6,0 + 6,0² + 4 × 5,0 × 2,02 × 5,0 = 6,0 + 7610 = 6,0 + 8,7210 = 1,47 s
✅ t ≈ 1,47 s.
5.2
Dados: t = 1,47 s

Pedido: v.

  1. v(t).v = 6,0 − 10 × 1,47 = -8,7 m/s
✅ |v| ≈ 8,7 m/s.

6Difícil 24 pontos Adaptado de: Teste Intermédio 2009 – 17/03 Um corpo de 2,0 kg está num plano horizontal sem atrito e fica sujeito a uma força de 6,0 N durante 4,0 s, partindo do repouso; depois a força cessa.

6.1. Determine a velocidade ao fim de 4,0 s.

6.2. Descreva o movimento depois de a força cessar e determine o deslocamento nos 5,0 s seguintes.

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6.1
Dados: m = 2,0 kg · F = 6,0 N · t = 4,0 s

Pedido: v.

  1. 2.ª Lei.a = Fm = 6,02,0 = 3,0 m s⁻²
  2. Velocidade.v = a·t = 3,0 × 4,0 = 12 m/s
✅ v = 12 m/s.
6.2
Dados: v = 12 m/s · FR = 0

Pedido: Δx em 5,0 s.

  1. 1.ª Lei.Resultante nula (sem atrito): MRU com v = 12 m/s.
  2. Deslocamento.Δx = v·t = 12 × 5,0 = 60 m
✅ MRU · Δx = 60 m.

7Difícil 16 pontos Item no estilo dos exames nacionais Um satélite descreve uma órbita circular a 20200 km de altitude. Qual é a sua rapidez orbital? (MT = 5,97×10²⁴ kg; RT = 6,37×10⁶ m)

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Opção
(A)
✔
Dados: h = 20200 km · r = RT + h = 2,66×10⁷ m

Pedido: v.

  1. A força gravítica é a força centrípeta.GM mr² = mv²r ⇒ v = √G Mr
  2. Cálculo.v = √6,67×10⁻¹¹ × 5,97×10²⁴2,66×10⁷ = 3,87×10³ m/s
✅ v = 3,87×10³ m/s → opção (A).

8Médio 12 pontos Item no estilo dos exames nacionais Um astronauta de 70 kg está à superfície de Vénus (massa 4,87×10²⁴ kg; raio 6,05×10⁶ m). Qual é o seu peso aí?

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Opção
(A)
✔
Dados: m = 70 kg · M = 4,87×10²⁴ kg · R = 6,05×10⁶ m

Pedido: P.

  1. Aceleração gravítica.g = GMR² = 8,87 m/s²
  2. Peso.P = m g = 70 × 8,87 = 621 N
✅ P ≈ 621 N → opção (A).

9Fácil 8 pontos Item no estilo dos exames nacionais Larga-se uma pedra de uma altura de 20,0 m (g = 10 m/s², sem resistência do ar). Com que velocidade chega ao solo?

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Opção
(B)
✔
Dados: h = 20,0 m · g = 10 m/s² · v₀ = 0

Pedido: v.

  1. Tempo de queda.h = ½ g t² ⇒ t = √2hg = √2 × 20,010 = 2,00 s
  2. Velocidade.v = g t = 10 × 2,00 = 20,0 m/s
✅ v = 20,0 m/s → opção (B).

10Médio 12 pontos Item no estilo dos exames nacionais Uma bola é lançada verticalmente para cima com 25 m/s (g = 10 m/s², sem resistência do ar). Qual é a altura máxima atingida?

Ver resolução
Opção
(B)
✔
Dados: v₀ = 25 m/s · g = 10 m/s² · v = 0 no topo

Pedido: hmáx.

  1. No ponto mais alto v = 0.0 = v₀² − 2 g h ⇒ h = v₀²2g = 25²20 = 31,2 m
✅ hmáx = 31,2 m → opção (B).

11Fácil 8 pontos Item no estilo dos exames nacionais Um patinador empurra a parede e recua. A força que o faz recuar é…

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Opção
(D)
✔
Dados: Enunciado conceptual.

Pedido: Opção correta.

  1. 3.ª Lei de Newton.A parede reage com força de igual intensidade e sentido oposto, aplicada no patinador.
✅ Opção correta: a reação da parede, aplicada no patinador → opção (D).

12Médio 12 pontos Item no estilo dos exames nacionais Sobre um corpo de 2,0 kg atuam duas forças colineares, de 24 N e 6 N, com o mesmo sentido. Qual é o módulo da aceleração?

Ver resolução
Opção
(A)
✔
Dados: m = 2,0 kg · F₁ = 24 N · F₂ = 6 N

Pedido: a.

  1. Resultante.FR = 24 + 6 = 30 N
  2. 2.ª Lei.a = FRm = 302,0 = 15,0 m/s²
✅ a = 15,0 m/s² → opção (A).

13Difícil 16 pontos Item no estilo dos exames nacionais Um satélite descreve uma órbita circular a 1000 km de altitude. Qual é a sua rapidez orbital? (MT = 5,97×10²⁴ kg; RT = 6,37×10⁶ m)

Ver resolução
Opção
(A)
✔
Dados: h = 1000 km · r = RT + h = 7,37×10⁶ m

Pedido: v.

  1. A força gravítica é a força centrípeta.GM mr² = mv²r ⇒ v = √G Mr
  2. Cálculo.v = √6,67×10⁻¹¹ × 5,97×10²⁴7,37×10⁶ = 7,35×10³ m/s
✅ v = 7,35×10³ m/s → opção (A).

14Fácil 8 pontos Item no estilo dos exames nacionais Larga-se uma pedra de uma altura de 45,0 m (g = 10 m/s², sem resistência do ar). Com que velocidade chega ao solo?

Ver resolução
Opção
(A)
✔
Dados: h = 45,0 m · g = 10 m/s² · v₀ = 0

Pedido: v.

  1. Tempo de queda.h = ½ g t² ⇒ t = √2hg = √2 × 45,010 = 3,00 s
  2. Velocidade.v = g t = 10 × 3,00 = 30,0 m/s
✅ v = 30,0 m/s → opção (A).

15Médio 12 pontos Item no estilo dos exames nacionais Um projétil é lançado verticalmente para cima com 12 m/s (g = 10 m/s²). Ao fim de quanto tempo atinge o ponto mais alto?

Ver resolução
Opção
(B)
✔
Dados: v₀ = 12 m/s · g = 10 m/s²

Pedido: tsub.

  1. v = v₀ − g t = 0.t = v₀g = 1210 = 1,2 s
✅ t = 1,2 s → opção (B).

➡️ A seguir

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