PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 37 da UFPR 2009

1ª fase · Física: Dinâmica do movimento circular (resultante centrípeta)

Suponha uma máquina de lavar e centrifugar roupa com cuba interna cilíndrica que gira em torno de um eixo vertical. Um observador externo à máquina, cujo referencial está fixo ao solo, acompanha o processo pelo visor da tampa e vê a roupa “grudada” em um ponto da cuba interna, que gira com velocidade angular constante. Se estivesse no interior da máquina, situado sobre a peça de roupa sendo centrifugada, o observador veria essa peça em repouso. De acordo com a mecânica, para aplicar a segunda Lei de Newton ao movimento da roupa no processo de centrifugação, cada observador deve inicialmente identificar o conjunto de forças que atua sobre ela. Com base no texto acima e nos conceitos da Física, considere as seguintes afirmativas:

  1. O observador externo à máquina deverá considerar a força peso da roupa, apontada verticalmente para baixo, a força de atrito entre a roupa e a cuba, apontada verticalmente para cima, e a força normal exercida pela cuba sobre a roupa, apontada para o eixo da cuba, denominada de força centrípeta.
  2. Um observador que estivesse situado sobre a peça de roupa sendo centrifugada deveria considerar a força peso da roupa, apontada verticalmente para baixo, a força de atrito entre a roupa e a cuba, apontada verticalmente para cima, a força normal exercida pela cuba sobre a roupa, apontada para o eixo da cuba, e também uma outra força exercida pela roupa sobre a cuba, apontada para fora desta, denominada de força centrífuga, necessária para explicar o repouso da roupa.
  3. O referencial fixo ao solo, utilizado pelo observador externo à máquina, é chamado de não-inercial, e o referencial utilizado pelo observador postado sobre a roupa sendo centrifugada é denominado de inercial.

Assinale a alternativa correta.

  1. A
    Somente a afirmativa 1 é verdadeira.
  2. B
    Somente a afirmativa 2 é verdadeira.
  3. C
    Somente a afirmativa 3 é verdadeira.
  4. D
    Somente as afirmativas 1 e 2 são verdadeiras.
  5. E
    As afirmativas 1, 2 e 3 são verdadeiras.
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Resolução comentada

Para aplicar a 2ª Lei de Newton, cada observador precisa listar as forças de acordo com o seu referencial.

Afirmativa 1. No referencial do solo, que é inercial, a roupa descreve um movimento circular uniforme. Atuam sobre ela:

  • o peso, para baixo;
  • o atrito estático com a parede da cuba, para cima, que equilibra o peso e evita que a roupa escorregue;
  • a normal da cuba, horizontal e apontada para o eixo. Ela é a resultante centrípeta, pois fornece a aceleração a_c=\omega^2 R.

A descrição está correta. Chamar a normal de "força centrípeta" é apenas dar nome ao papel que ela cumpre, e não cria uma força nova. Portanto, a afirmativa é verdadeira.

Afirmativa 2. O observador sobre a roupa está em um referencial que gira, ou seja, não inercial. Para ele a roupa está em repouso, e isso só é compatível com \vec F_{res}=0 se ele introduzir uma força fictícia (inercial) apontada para fora, a "centrífuga". Essa força, porém, não é exercida pela roupa sobre a cuba. Não é a reação da normal, pois a reação da normal atua na cuba. A afirmativa descreve a centrífuga como uma força de interação exercida pela roupa sobre a cuba, o que é incorreto. Portanto, é falsa.

Afirmativa 3. Está invertida. O solo é o referencial inercial, e o referencial que gira junto com a roupa é o não inercial. Portanto, é falsa.

Só a afirmativa 1 é verdadeira.

Alternativa A.

Pegadinha: A afirmativa 2 engana por ser parcialmente correta (a centrífuga aparece no referencial girante), mas a descreve como força exercida pela roupa sobre a cuba, o que é falso.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • BA força centrífuga é fictícia, de referencial não inercial, e não uma força exercida pela roupa sobre a cuba; além disso, a afirmativa 1 é verdadeira.
  • CInverte os referenciais: o solo é inercial e o que gira com a roupa é não inercial.
  • DConsidera a afirmativa 2 verdadeira, mas a centrífuga não é uma força de interação da roupa sobre a cuba.
  • EAs afirmativas 2 e 3 são falsas.

Assuntos: Dinâmica do movimento circular (resultante centrípeta), Leis de Newton e aplicações.

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Fonte: UFPR 2009 · 1ª fase. Prova oficial ↗