PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 12 da UFPR 2024
O texto a seguir é referência para as questões 10 a 18. · 1ª fase
Em todas as questões, as medições são feitas por um referencial inercial. O módulo da aceleração gravitacional é representado por g. Onde for necessário, use g = 10\ \text{m/s}^2 para o módulo da aceleração gravitacional.
Um dado objeto, de massa m constante, descreve uma curva circular de raio R_1 com uma velocidade tangencial de intensidade constante v_1. Para fazer isso, ele necessita de uma força centrípeta de intensidade F_1. O mesmo objeto é colocado agora numa outra curva circular, de raio R_2, com velocidade tangencial de intensidade constante v_2, e necessita agora de uma força centrípeta de intensidade F_2 para executar o movimento. Considerando que v_2 = 2v_1 e que R_2 = 2R_1, assinale a alternativa que apresenta corretamente o valor da razão F_2/F_1 entre as intensidades das forças centrípetas necessárias para a execução dos movimentos.
- A\frac{F_2}{F_1} = \frac{1}{2}
- B\frac{F_2}{F_1} = 1
- C\frac{F_2}{F_1} = 2
- D\frac{F_2}{F_1} = 4
- E\frac{F_2}{F_1} = \frac{1}{4}
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Resolução comentada
A força centrípeta é a resultante que aponta para o centro da curva e muda a direção da velocidade. Seu módulo é dado por F = \frac{m v^2}{R}.
Escrevemos essa expressão para cada situação:
- Primeira curva: F_1 = \dfrac{m v_1^2}{R_1}.
- Segunda curva: F_2 = \dfrac{m v_2^2}{R_2}.
- Substituindo v_2 = 2v_1 e R_2 = 2R_1: F_2 = \dfrac{m (2v_1)^2}{2R_1} = \dfrac{4\,m v_1^2}{2R_1} = 2\,\dfrac{m v_1^2}{R_1}.
Como \dfrac{m v_1^2}{R_1} = F_1, temos F_2 = 2F_1.
Portanto:
O fator 4 vem de a velocidade estar elevada ao quadrado, e o fator 2 no denominador vem do raio dobrado. A massa é a mesma e se cancela na razão.
Alternativa C.
Pegadinha: A alternativa D engana quem eleva a velocidade ao quadrado (fator 4) e esquece que o raio dobrado divide o resultado por 2.
Por que as outras alternativas estão erradas
- AIgnora o quadrado da velocidade e considera só o efeito do raio dobrado, que divide a força por 2.
- BTrata a velocidade como se entrasse linearmente, de modo que o fator 2 do raio cancelaria o fator 2 da velocidade.
- DConsidera o fator 4 da velocidade ao quadrado e esquece de dividir pelo raio dobrado.
- EInverte a relação, pondo a velocidade ao quadrado no denominador.
Assuntos: força centrípeta, movimento circular uniforme.
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Fonte: UFPR 2024 · 1ª fase. Prova oficial ↗