Exames e testes intermédios nº2 – Gravitação, resistência do ar e MCU (2010–2011)

⚛️ Física A · 11.º ano📍 Tema 3 · Forças e movimentos
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Exames e testes intermédios nº2

Exames e testes intermédios: gravitação, resistência do ar e MCU (2010 – 2011)

⏱ ≈ 75 min de trabalho📝 15 exercícios🟢 3 fáceis🟠 5 médios🔴 7 difíceis✅ Correção automática📖 Resolução detalhada
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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 8 pontos Adaptado de: Teste Intermédio 2010 – 11/02 Um satélite artificial descreve uma órbita circular em torno da Terra. A resultante das forças que nele atuam…

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Opção
(B)
✔
Opção (B). É a força gravítica, centrípeta, perpendicular a v: só muda a direção da velocidade.

2Fácil 16 pontos Adaptado de: Exame Nacional 2010 – Época Especial O gráfico mostra o módulo da velocidade de uma gota de chuva de 0,50 g que cai no ar: a velocidade tende para um valor constante de 8,0 m/s (g = 10 m s⁻²).

2.1. Como se designa essa velocidade e que se pode dizer da resultante das forças?

2.2. Determine o módulo da resistência do ar nesse patamar.

2.3. Qual é a aceleração da gota em t = 0?

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2.1
Velocidade terminal; a resultante é nula (R = P).
2.2
Dados: m = 0,50 g = 5,0×10⁻⁴ kg

Pedido: R.

  1. Converter.m = 0,501000 = 5,0×10⁻⁴ kg
  2. R = P.R = m·g = 5,0×10⁻⁴ × 10 = 5,0×10⁻³ N
✅ R = 5,0×10⁻³ N.
2.3
Em t = 0, v = 0 e R = 0: só atua o peso, logo a = g = 10 m s⁻².

3Médio 20 pontos Adaptado de: Teste Intermédio 2011 – 11/02 Um automóvel de 1200 kg desce uma rampa de 5,0° com velocidade constante e o motor desligado (g = 10 m s⁻²).

3.1. Justifique que a resultante das forças é nula.

3.2. Determine o módulo das forças de resistência (atrito e ar) que atuam no automóvel.

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3.1
A velocidade é constante em módulo, direção e sentido: a = 0 e, pela 2.ª Lei, FR = 0 (1.ª Lei).
3.2
Dados: m = 1200 kg · θ = 5,0°

Pedido: R.

  1. Componente do peso ao longo da rampa.P∥ = m·g·sen θ = 1200 × 10 × sen 5,0°
  2. Calcular.P∥ = 12 000 × 0,0872 = 1046 N
  3. FR = 0 ao longo da rampa.R = P∥ = 1046 N
✅ R ≈ 1046 N.

4Médio 20 pontos Adaptado de: Teste Intermédio 2011 – 05/05 O primeiro satélite português, de massa 50 kg, descrevia uma órbita aproximadamente circular de raio 7,2×10⁶ m (G = 6,67×10⁻¹¹ N m² kg⁻²; MT = 5,97×10²⁴ kg).

4.1. Determine o módulo da força gravítica sobre o satélite.

4.2. Determine o módulo da sua velocidade e o período.

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4.1
Dados: m = 50 kg · r = 7,2×10⁶ m

Pedido: F.

  1. Lei.F = G × MT·mr² = 6,67×10⁻¹¹ × 5,97×10²⁴ × 50(7,2×10⁶)²
  2. Calcular.F = 1,99×10¹⁶5,18×10¹³ = 384 N
✅ F ≈ 384 N.
4.2
Dados: Fc = F · m = 50 kg

Pedido: v e T.

  1. 2.ª Lei no MCU.F = m·v²r ⇔ v = F·rm
  2. Substituir.v = 384 × 7,2×10⁶50 = 7,44×10³ m/s
  3. Período.T = 2π·rv = 2π × 7,2×10⁶7,44×10³ = 6083 s ≈ 1,7 h
✅ v ≈ 7,44×10³ m/s · T ≈ 6083 s (101 min).

5Difícil 24 pontos Adaptado de: Exame Nacional 2011 – 1.ª fase Uma das rodas de um carrinho que se move com velocidade aproximadamente constante dá 5,0 voltas em 2,0 s. A roda tem raio 0,30 m.

5.1. Determine a frequência e o período.

5.2. Determine a velocidade angular e a velocidade de um ponto da periferia.

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5.1
Dados: N = 5,0 · Δt = 2,0 s

Pedido: f e T.

  1. Frequência.f = 5,02,0 = 2,5 Hz
  2. Período.T = 12,5 = 0,40 s
✅ f = 2,5 Hz · T = 0,40 s.
5.2
Dados: T = 0,40 s · r = 0,30 m

Pedido: ω e v.

  1. ω.ω = 2πT = 2π0,40 = 15,7 rad/s
  2. v.v = ω·r = 15,7 × 0,30 = 4,7 m/s
✅ ω ≈ 15,7 rad/s · v ≈ 4,7 m/s.

6Difícil 16 pontos Adaptado de: Exame Nacional 2011 – 1.ª fase Alguém empurra um carrinho numa estrada horizontal retilínea e, subitamente, deixa de o empurrar (atrito e resistência do ar desprezáveis). Depois disso, o carrinho…

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Opção
(B)
✔
Opção (B). Sem forças horizontais, FR = 0: o movimento mantém-se (1.ª Lei). Se parasse, teria de haver atrito, que o enunciado diz desprezável.

7Médio 12 pontos Item no estilo dos exames nacionais Um satélite de 800 kg orbita a 400 km de altitude. Qual é a intensidade da força gravítica que a Terra exerce nele? (MT = 5,97×10²⁴ kg; RT = 6,37×10⁶ m)

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Opção
(D)
✔
Dados: m = 800 kg · MT = 5,97×10²⁴ kg · r = RT + h = 6,77×10⁶ m

Pedido: Fg.

  1. A distância é ao centro da Terra.r = 6,37×10⁶ + 400000 = 6,77×10⁶ m
  2. Lei da Gravitação.Fg = GMT mr² = 6,67×10⁻¹¹ × 5,97×10²⁴ × 800(6,77×10⁶)² = 6,95×10³ N
✅ Fg ≈ 6,95×10³ N → opção (D).

8Difícil 16 pontos Item no estilo dos exames nacionais Um paraquedista de 60 kg (com o equipamento) cai com resistência do ar Far = 0,20 v² (SI). Qual é a velocidade terminal? (g = 10 m/s²)

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Opção
(B)
✔
Dados: m = 60 kg · k = 0,20 kg/m

Pedido: vt.

  1. Na velocidade terminal Far = P.0,20 v² = 60 × 10 ⇒ v = √6000,20 = 54,8 m/s
✅ vt = 54,8 m/s → opção (B).

9Médio 12 pontos Item no estilo dos exames nacionais Uma partícula descreve uma circunferência de raio 2,00 m com período 4,0 s (MCU). Qual é o módulo da aceleração?

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Opção
(B)
✔
Dados: r = 2,00 m · T = 4,0 s

Pedido: ac.

  1. Velocidade.v = 2πrT = 2π × 2,004,0 = 3,14 m/s
  2. Aceleração centrípeta.ac = v²r = 3,14²2,00 = 4,93 m/s²
✅ ac = 4,93 m/s² → opção (B).

10Difícil 16 pontos Item no estilo dos exames nacionais Um corpo de 80 kg cai sujeito a Far = 0,30 v² (SI). Quando v = 10 m/s, qual é o módulo da aceleração? (g = 10 m/s²)

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Opção
(B)
✔
Dados: m = 80 kg · v = 10 m/s

Pedido: a.

  1. Resistência do ar.Far = 0,30 × 10² = 30 N
  2. 2.ª Lei.a = P − Farm = 800 − 3080 = 9,62 m/s²
✅ a = 9,62 m/s² → opção (B).

11Difícil 16 pontos Item no estilo dos exames nacionais Uma bola de 0,50 kg descreve uma circunferência de raio 2,0 m com rapidez 3,0 m/s. Qual é a intensidade da força centrípeta?

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Opção
(B)
✔
Dados: m = 0,50 kg · r = 2,0 m · v = 3,0 m/s

Pedido: Fc.

  1. Fc = m ac.Fc = m v²r = 0,50 × 3,0²2,0 = 2,25 N
✅ Fc = 2,25 N → opção (B).

12Fácil 8 pontos Item no estilo dos exames nacionais A distância entre os centros de dois corpos quadruplica. A intensidade da força gravítica entre eles passa a ser…

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Opção
(D)
✔
Dados: r’ = 4 r

Pedido: Fator da força.

  1. Fg é inversamente proporcional a r².F’ = Gm₁ m₂(4r)² = F16
✅ A força fica 16 vezes menor → 16 vezes menor → opção (D).

13Médio 12 pontos Item no estilo dos exames nacionais Uma roda gira com 60 rotações por minuto, com movimento uniforme. Qual é a velocidade angular?

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Opção
(A)
✔
Dados: 60 rpm

Pedido: ω.

  1. Frequência.f = 6060 = 1,0 Hz
  2. ω = 2π f.ω = 2π × 1,0 = 6,3 rad/s
✅ ω = 6,3 rad/s → opção (A).

14Difícil 16 pontos Item no estilo dos exames nacionais Um paraquedista de 80 kg (com o equipamento) cai com resistência do ar Far = 0,30 v² (SI). Qual é a velocidade terminal? (g = 10 m/s²)

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Opção
(C)
✔
Dados: m = 80 kg · k = 0,30 kg/m

Pedido: vt.

  1. Na velocidade terminal Far = P.0,30 v² = 80 × 10 ⇒ v = √8000,30 = 51,6 m/s
✅ vt = 51,6 m/s → opção (C).

15Difícil 16 pontos Item no estilo dos exames nacionais Um satélite descreve uma órbita circular a 600 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 = 600 km · r = RT + h = 6,97×10⁶ m

Pedido: v.

  1. A força gravítica é a força centrípeta.GM mr² = mv²r ⇒ v = √G Mr
  2. Cálculo.v = √6,67×10⁻¹¹ × 5,97×10²⁴6,97×10⁶ = 7,56×10³ m/s
✅ v = 7,56×10³ m/s → opção (A).

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