PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 6 (Física) da 2ª fase do IME 2023

A figura acima mostra dois caminhos 1 e 2. As partes iniciais de ambos são horizontais e lisas, sendo que, nos dois casos, os blocos A e B partem a mesma velocidade de uma mesma posição de referência.
No instante t_1, o bloco A começa a subir uma rampa lisa, lançando-se ao final da mesma. Nesse mesmo instante t_1, o bloco B passa a percorrer um trecho rugoso de comprimento igual ao da base da rampa. Após esse trecho, o caminho 2 volta a ser liso.
Dados:
- velocidade escalar inicial dos blocos: v = 8\text{ m/s};
- aceleração da gravidade: 10\text{ m/s}^2.
Considerando que, imediatamente após o lançamento do bloco A da rampa, as velocidades horizontais dos blocos são as mesmas e que o bloco B já passou o trecho rugoso, determine:
a) o coeficiente de atrito do trecho rugoso do caminho 2;
b) a distância horizontal entre os blocos imediatamente após o lançamento do bloco A;
c) o tempo total que o bloco A leva desde o início da subida da rampa até atingir o solo horizontal após o lançamento.
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Resolução comentada
a) Primeiro achamos a velocidade de A no fim da rampa. A rampa é lisa, então a energia mecânica se conserva:
A rampa tem base 4 m e altura 3 m, logo comprimento 5 m, com \cos\theta=4/5 e \sen\theta=3/5. A velocidade de lançamento é paralela à rampa, então a componente horizontal é
O enunciado diz que, após o lançamento, B tem a mesma velocidade horizontal. Logo B sai do trecho rugoso com 1{,}6\ \text{m/s}. Pelo trabalho da força de atrito ao longo de 4 m:
\mu \approx 0{,}77 (exatamente 0{,}768)
b) Precisamos comparar as posições dos dois no instante em que A deixa a rampa.
Em A, a desaceleração ao longo da rampa é g\sen\theta=6\ \text{m/s}^2. O tempo de subida é
Nesse tempo, A avançou 4 m na horizontal (a base da rampa).
Em B, a desaceleração no trecho rugoso é \mu g=7{,}68\ \text{m/s}^2. O tempo para cruzar os 4 m é
Depois disso, B segue em trecho liso com 1{,}6\ \text{m/s} pelo tempo restante, 1-\frac{5}{6}=\frac{1}{6}\ \text{s}. Nesse intervalo percorre
Portanto B está à frente de A por essa distância.
d=\dfrac{4}{15}\ \text{m}\approx 0{,}27\ \text{m} (B à frente de A)
c) Após o lançamento, A faz um lançamento oblíquo a partir de 3 m de altura. A componente vertical inicial é
A condição para chegar ao solo é altura zero:
O tempo total é o da subida mais o do voo:
t_{total}\approx 1{,}9\ \text{s}
Assuntos: Trabalho de uma força e teorema da energia cinética, Atrito e resistência do ar.
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Fonte: IME 2ª fase 2023 · Física. Prova oficial ↗