Question

39. Em determinado parque de diversões, o elevador que
despenca verticalmente em queda livre é a grande atração. Rafael, um garoto de massa igual a 70 kg, encara o desafio e, sem
se intimidar com os comentários de seus colegas, embarca no
brinquedo, que começa a subir a partir do repouso. Durante a
ascensão vertical do elevador, são verificadas três etapas:
I. movimento uniformemente acelerado com aceleração
de módulo 1,0 m/s2
;
II. movimento uniforme;
III. movimento uniformemente retardado com aceleração
de módulo 1,0 m/s2
.
Depois de alguns segundos estacionado no ponto mais alto
da torre, de onde Rafael acena triunfante para o grupo de
amigos, o elevador é destravado, passando a cair com aceleração praticamente igual à da gravidade (10 m/s2). Pede-se
calcular o peso aparente de Rafael:
a) nas etapas I, II e III; b) durante a queda livre

Answer 1

Resposta:

Esse problema de peso aparente em elevador é uma encrenca das mais recorrentes na Física do ensino médio. Há um modo de encarar esse problema sem complicação: é compreender claramente as forças que agem no Rafael, e somente nele, em cada situação.

a) Para começar a análise das 3 situações, lembremos que o peso real do Rafael, P, é uma força que estará sempre presente. Desenhemos, em cada situação, todas as forças que agem sobre Rafael:

I. Movimento uniformemente acelerado com aceleração de módulo 1,0 m/s²

 

P: peso do Rafael, exercido no centro de massa do Rafael;

N: força que o piso do elevador exerce sobre os pés do Rafael;

Como o elevador está subindo com acelerção α, a 2ª Lei de Newton fica assim:

N - P = m.α  

Veja que "N" é, numericamente, o famoso peso aparente. Se o piso do elevador fosse uma balança, ela marcaria esse "peso". Aliás, o que uma balança marca nada mais é do que a força que o objeto exerce no prato sobre o qual se encontra. No caso do elevador, a balança marcaria a força que o Rafael exerce sobre o piso do elevador, que é igual e contrária à força que o piso exerce sobre os pés do Rafael, que chamamos de N. Voltemos à expressão acima, substituindo os valores fornecidos:

N - (m.g) = m.α  

N - (70.10) = 70.(1)  

N = 770 N (O peso aparente do Rafael é igual 770 N, 70 N a mais do que o peso real, que é 700 N.)

II. Movimento uniforme

Nesse caso, a aceleração do Rafael é nula, ou seja, α = 0:

N - P = m.0

N - P = 0

N = P (O peso aparente do Rafael é igual ao peso real.)

III. Movimento uniformemente retardado com aceleração de módulo 1,0 m/s².

N - P = m.α  

Como o movimento é retardado, a aceleração é negativa (α = - 1 m/s²):

N - (m.g) = m.(-1)  

N - (70.10) = 70.(-1)  

N = 630 N (O peso aparente do Rafael é igual 630 N, 70 N a menos do que o peso real, que é 700 N.)

b) Durante a queda

Durante a queda, α = - g:

N - (m.g) = m.α  

N - (m.g) = m.(- g)  

N = 0 (O peso aparente do Rafael é nulo!)

Explicação:

Answer 2

O peso aparente de Rafael nos diferentes casos é:

• no movimento uniforme acelerado é 770N

• em movimento uniforme é 700N

• em movimento uniformemente retardado é 630N

• Durante a queda livre, Rafael cai com uma aceleração igual à gravidade, então seu peso é 0N.

Queda livre

Chama-se queda vertical sem apoio de qualquer tipo, cujo trajeto está sujeito apenas à força da gravidade. É um conceito aplicado à física, mas também é uma prática esportiva.

Para a situação descrita, deve-se fazer um diagrama de corpo livre na pessoa, definindo que o sistema de referência é positivo para cima. Se observarmos a imagem em anexo, temos:

                                    $\displaystyle \begin{array}{{ > {\displaystyle}l}}\sum F_{y} =N-mg=ma\\\sum F_{y} =N=m( g+a)\end{array}$

Agora desenvolvemos as situações:

• Movimento uniformemente acelerado:

A aceleração é 1 m/s^2 temos:

$N=m( g+a)=70Kg(10m/s^2+1m/s^2)=770N$

• Movimento uniforme, nesta situação a velocidade é constante, portanto a aceleração é zero, então o peso de Rafael é:

$N=m( g+a)=70Kg(10m/s^2+0m/s^2)=700N$

• Movimento uniformemente retardado:

neste caso a aceleração é negativa, portanto o peso de Rafael é:

$N=m( g+a)=70Kg(10m/s^2-1m/s^2)=630N$

• Finalmente em queda livre a aceleração é negativa pois definimos que para cima é positivo, dado que a=g o peso é:

$N=m( g+a)=70Kg(10m/s^2-10m/s^2)=0N$

Isso nos diz que em queda livre Rafael decola do chão e permanece no ar.

Se você quiser ler mais sobre queda livre, pode ver isso https://brainly.com.br/tarefa/61762

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