PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 3 (Física) do ITA 2018
Texto-base das questões 01 a 20 · Física
G = 7 \times 10^{-11}\text{ m}^3/\text{kg.s}^2. Aceleração da gravidade g = 10\text{ m/s}^2. Velocidade do som no ar = 340\text{ m/s}. Raio da Terra R = 6\ 400\text{ km}. Constante dos gases R = 8{,}3\text{ J/mol.K}. Índice adiabático do ar \gamma = C_P/C_V = 1{,}4.. Massa molecular do ar M_{ar} = 0{,}029\text{ kg/mol}. Permeabilidade magnética do vácuo \mu_0 = 4\pi \times 10^{-7}\text{ N/A}^2. Pressão atmosférica 1{,}0\text{ atm} = 100\text{ kPa}. Massa específica da água = 1{,}0\text{ g/cm}^3
Sobre uma prancha horizontal de massa desprezível e apoiada no centro, dois discos, de massas m_A e m_B, respectivamente, rolam com as respectivas velocidades v_A e v_B, constantes, em direção ao centro, do qual distam L_A e L_B, conforme a figura. Com o sistema em equilíbrio antes que os discos colidam, a razão v_A/v_B é dada por

- A1.
- Bm_A/m_B.
- Cm_B/m_A.
- DL_A m_A/L_B m_B.
- EL_B m_B/L_A m_A.
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Resolução comentada
A prancha está apoiada no centro e tem massa desprezível. Ela fica em equilíbrio quando o torque total em relação ao apoio é nulo. Os discos rolam, então a distância de cada um ao centro muda com o tempo, e o equilíbrio precisa valer em todos os instantes antes da colisão.
Os pesos m_Ag e m_Bg geram torques de sentidos opostos. Em um instante qualquer, as distâncias ao centro são:
- d_A(t) = L_A - v_A t
- d_B(t) = L_B - v_B t
Condição de equilíbrio:
Essa igualdade vale para todo t. Então o termo independente de t e o coeficiente de t precisam se anular separadamente:
- em t=0: m_A L_A = m_B L_B;
- coeficiente de t: m_A v_A = m_B v_B.
Da segunda condição:
O resultado também pode ser escrito com as distâncias. Como os dois discos chegam ao centro ao mesmo tempo, L_A/v_A = L_B/v_B, e isso dá v_A/v_B = L_A/L_B. Por m_A L_A = m_B L_B, vem L_A/L_B = m_B/m_A, o mesmo resultado.
Alternativa C.
Pegadinha: A alternativa B engana quem inverte a proporção: com m_Av_A=m_Bv_B, o disco mais pesado precisa ser o mais lento.
Por que as outras alternativas estão erradas
- ASupõe velocidades iguais, mas isso só ocorreria com massas e distâncias iguais.
- BInverte a razão: a massa maior deve ter a velocidade menor, então v_A/v_B=m_B/m_A.
- DMistura massas e distâncias de forma que não sai de nenhuma condição de torque.
- EMistura massas e distâncias de forma que não sai de nenhuma condição de torque.
Assuntos: Equilíbrio do corpo extenso: torque e alavancas, Velocidade média e movimento uniforme.
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Fonte: ITA 2018 · Física. Prova oficial ↗