PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 3 do ITA 2020
Texto-base das questões 01 a 15 · 1ª fase
Considere g como o módulo da aceleração local da gravidade e, quando necessário, use g = 10\ \text{m/s}^2.
Um bloco de massa m sustentado por um par de molas idênticas, paralelas e de constante elástica k, desce verticalmente com velocidade constante e de módulo v controlada por um motor, conforme ilustra a figura. Se o motor travar repentinamente, ocorrerá uma força de tração máxima no cabo com módulo igual a

- Amg + \sqrt{(mg)^2 + 2kmv^2}.
- Bmg + \sqrt{(mg)^2 + kmv^2}.
- Cmg + \sqrt{2kmv^2}.
- Dmg + \sqrt{4kmv^2}.
- Emg + \sqrt{kmv^2}.
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Resolução comentada
Duas molas idênticas em paralelo se comportam como uma única mola de constante k_{eq}=2k. A tração máxima no cabo é a força máxima na mola equivalente, pois o cabo está preso a ela.
Antes de travar, o bloco desce com velocidade constante, então a mola já está esticada de x_0 com equilíbrio:
Quando o motor trava, o ponto de cima para e o bloco continua descendo com velocidade v, esticando mais a mola. Conservação de energia entre esse instante e o ponto de máxima elongação x (bloco para):
Substituindo mg=2kx_0, o termo mg(x-x_0)=2kx_0x-2kx_0^2:
Logo x-x_0=\sqrt{\dfrac{mv^2}{2k}}.
A tração máxima é:
Alternativa C.
Por que as outras alternativas estão erradas
- AColoca (mg)^2 dentro da raiz, o que não surge da conservação de energia; o termo da gravidade se cancela e fica fora da raiz.
- BTambém mantém (mg)^2 na raiz e erra o fator numérico.
- DEsquece que a energia elástica vale \frac{1}{2}k_{eq}x^2, resultando em fator 4 em vez de 2.
- EUsa só uma mola (k) em vez de 2k equivalente.
Assuntos: conservação de energia, associação de molas, oscilador massa-mola.
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Fonte: ITA 2020 · 1ª fase. Prova oficial ↗