Exames e testes intermédios nº3 – Órbitas, MCU e resistência do ar (2011–2013)

⚛️ Física A · 11.º ano📍 Tema 3 · Forças e movimentos
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Exames e testes intermédios nº3

Exames e testes intermédios: órbitas, MCU e resistência do ar (2011 – 2013)

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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 2011 – Época Especial O telescópio espacial Hubble descreve uma órbita circular de raio 6,97×10⁶ m com período de 96,5 min.

1.1. Determine o módulo da velocidade.

1.2. Determine o módulo da aceleração e indique a sua direção e sentido.

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1.1
Dados: r = 6,97×10⁶ m · T = 96,5 min = 5790 s

Pedido: v.

  1. Converter.T = 96,5 × 60 = 5790 s
  2. Fórmula.v = 2π·rT = 2π × 6,97×10⁶5790 = 7,56×10³ m/s
✅ v ≈ 7,56×10³ m/s.
1.2
Dados: v = 7,56×10³ m/s

Pedido: ac.

  1. Fórmula.ac = v²r = (7,56×10³)²6,97×10⁶ = 8,2 m s⁻²
✅ ac ≈ 8,2 m s⁻², perpendicular a v, dirigida para o centro da Terra.

2Fácil 16 pontos Adaptado de: Exame Nacional 2012 – 1.ª fase Um carrinho de 0,40 kg descreve uma pista circular horizontal de raio 0,50 m com velocidade de módulo constante 1,2 m/s.

2.1. Determine o módulo da aceleração.

2.2. Determine o módulo da resultante das forças.

Ver resolução
2.1
Dados: r = 0,50 m · v = 1,2 m/s

Pedido: ac.

  1. Fórmula.ac = v²r = 1,2²0,50 = 2,88 m s⁻²
✅ ac = 2,88 m s⁻².
2.2
Dados: m = 0,40 kg

Pedido: FR.

  1. 2.ª Lei.FR = m·ac = 0,40 × 2,88 = 1,15 N
✅ FR ≈ 1,15 N, para o centro.

3Médio 12 pontos Adaptado de: Exame Nacional 2012 – 2.ª fase Um objeto de papel cai no ar e, a partir de certo instante, a sua velocidade deixa de variar. Nesse instante…

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Opção
(C)
✔
Opção (C). Velocidade constante ⇒ resultante nula ⇒ R = P (velocidade terminal).

4Médio 20 pontos Adaptado de: Teste Intermédio 2013 – 29/04 Uma bola de 57,0 g, atada a uma corda, roda num plano horizontal (sem atrito) em círculos de raio 0,80 m, com período de 2,0 s.

4.1. Determine a velocidade angular e a velocidade da bola.

4.2. Determine a força exercida pela corda.

Ver resolução
4.1
Dados: T = 2,0 s · r = 0,80 m

Pedido: ω e v.

  1. ω.ω = 2π2,0 = π = 3,14 rad/s
  2. v.v = ω·r = 3,14 × 0,80 = 2,5 m/s
✅ ω = 3,14 rad/s · v ≈ 2,5 m/s.
4.2
Dados: m = 57,0 g = 0,0570 kg

Pedido: T (tensão).

  1. A tensão é a resultante (centrípeta).T = m·ω²·r = 0,0570 × 3,14² × 0,80
  2. Calcular.T = 0,0570 × 9,87 × 0,80 = 0,45 N
✅ T ≈ 0,45 N.

5Difícil 24 pontos Adaptado de: Exame Nacional 2013 – 2.ª fase Uma bola de 4,0 g cai verticalmente e atinge a velocidade terminal de 6,0 m/s (g = 10 m s⁻²). Admita R = k·v².

5.1. Determine o módulo da resistência do ar na velocidade terminal.

5.2. Determine k.

Ver resolução
5.1
Dados: m = 4,0 g = 4,0×10⁻³ kg

Pedido: R.

  1. Resultante nula.R = P = m·g = 4,0×10⁻³ × 10 = 4,0×10⁻² N
✅ R = 4,0×10⁻² N.
5.2
Dados: R = 4,0×10⁻² N · v = 6,0 m/s

Pedido: k.

  1. Isolar k.k = Rv² = 4,0×10⁻²6,0² = 0,04036 = 1,11×10⁻³ kg/m
✅ k ≈ 1,11×10⁻³ kg/m.

6Difícil 24 pontos Adaptado de: Exame Nacional 2013 – Época Especial A Lua (7,35×10²² kg) descreve uma órbita circular de raio 3,84×10⁸ m com período de 27,3 dias.

6.1. Determine a velocidade e a aceleração da Lua.

6.2. Determine a força que a Terra exerce na Lua e compare-a com a força calculada pela Lei da Gravitação.

Ver resolução
6.1
Dados: r = 3,84×10⁸ m · T = 27,3 × 86 400 s

Pedido: v e a.

  1. Velocidade.v = 2π·rT = 1,02×10³ m/s
  2. Aceleração.a = v²r = 2,72×10⁻³ m s⁻²
✅ v ≈ 1,02×10³ m/s · a ≈ 2,72×10⁻³ m s⁻².
6.2
Dados: m = 7,35×10²² kg · a = 2,72×10⁻³ m s⁻²

Pedido: F.

  1. 2.ª Lei.F = m·a = 7,35×10²² × 2,72×10⁻³ = 2,00×10²⁰ N
  2. Lei da Gravitação.F = G × MT·mr² = 1,98×10²⁰ N
✅ Os dois valores coincidem (≈ 2,0×10²⁰ N): a força gravítica faz de força centrípeta.

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 Uma partícula descreve uma circunferência de raio 0,50 m com período 2,0 s (MCU). Qual é o módulo da aceleração?

Ver resolução
Opção
(B)
✔
Dados: r = 0,50 m · T = 2,0 s

Pedido: ac.

  1. Velocidade.v = 2πrT = 2π × 0,502,0 = 1,57 m/s
  2. Aceleração centrípeta.ac = v²r = 1,57²0,50 = 4,93 m/s²
✅ ac = 4,93 m/s² → opção (B).

9Difícil 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)

Ver resolução
Opção
(C)
✔
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 (C).

10Difícil 16 pontos Item no estilo dos exames nacionais Uma bola de 0,50 kg descreve uma circunferência de raio 0,5 m com rapidez 3,0 m/s. Qual é a intensidade da força centrípeta?

Ver resolução
Opção
(C)
✔
Dados: m = 0,50 kg · r = 0,5 m · v = 3,0 m/s

Pedido: Fc.

  1. Fc = m ac.Fc = m v²r = 0,50 × 3,0²0,5 = 9,00 N
✅ Fc = 9,00 N → opção (C).

11Difícil 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)

Ver resolução
Opção
(B)
✔
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 (B).

12Difícil 16 pontos Item no estilo dos exames nacionais Um corpo de 60 kg cai sujeito a Far = 0,25 v² (SI). Quando v = 15 m/s, qual é o módulo da aceleração? (g = 10 m/s²)

Ver resolução
Opção
(D)
✔
Dados: m = 60 kg · v = 15 m/s

Pedido: a.

  1. Resistência do ar.Far = 0,25 × 15² = 56 N
  2. 2.ª Lei.a = P − Farm = 600 − 5660 = 9,06 m/s²
✅ a = 9,06 m/s² → 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?

Ver resolução
Opção
(B)
✔
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 (B).

14Médio 12 pontos Item no estilo dos exames nacionais Uma partícula descreve uma circunferência de raio 0,50 m com período 1,0 s (MCU). Qual é o módulo da aceleração?

Ver resolução
Opção
(D)
✔
Dados: r = 0,50 m · T = 1,0 s

Pedido: ac.

  1. Velocidade.v = 2πrT = 2π × 0,501,0 = 3,14 m/s
  2. Aceleração centrípeta.ac = v²r = 3,14²0,50 = 19,74 m/s²
✅ ac = 19,74 m/s² → opção (D).

15Médio 12 pontos Item no estilo dos exames nacionais Um astronauta de 50 kg está à superfície de Marte (massa 6,42×10²³ kg; raio 3,39×10⁶ m). Qual é o seu peso aí?

Ver resolução
Opção
(A)
✔
Dados: m = 50 kg · M = 6,42×10²³ kg · R = 3,39×10⁶ m

Pedido: P.

  1. Aceleração gravítica.g = GMR² = 3,73 m/s²
  2. Peso.P = m g = 50 × 3,73 = 186 N
✅ P ≈ 186 N → opção (A).

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