segunda-feira, 2 de agosto de 2021

Mecânica - Aula 24

À esquerda: Elevador subindo acelerado ou descendo retardado
No centro: Elevador em repouso ou em movimento uniforme

À direita: Elevador subindo retardado ou descendo acelerado

24ª aula
Aplicando as Leis de Newton (II)

Borges e Nicolau

Leis de Newton

Primeira lei

Um ponto material isolado ou está em repouso ou realiza movimento retilíneo uniforme.

Segunda lei

A resultante das forças aplicadas a um ponto material é igual ao produto de sua massa pela aceleração adquirida:

FR = m.a

Terceira lei

Quando um corpo 1 exerce uma força F12 sobre um corpo 2, este exerce no primeiro outra força F21 de mesma intensidade, mesma direção e sentido oposto.

Exercícios básicos

Exercício 1:
O dispositivo representado na figura, conhecido como máquina de Atwood, é constituído por dois blocos, A e B, de massas m e M, ligados por um fio ideal que passa por uma polia também ideal.


Considere  M = 3,0 kg, m = 2,0 kg e g = 10 m/s2.

a) Represente as forças que agem em A e B
b) Aplique a segunda lei de Newton aos blocos e calcule a intensidade da aceleração de A e B e a intensidade da força de tração no fio que envolve a polia
c) A intensidade da força de tração no fio OC

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Exercício 2: 
Uma caixa escorrega num plano inclinado perfeitamente liso. Seja α o ângulo que o plano inclinado forma com a horizontal (figura a). Na caixa agem as forças: seu peso de intensidade P e a força normal de intensidade FN (figura b). Na figura c a força peso foi decomposta nas componentes Pn perpendicular ao plano inclinado e Pt tangente ao plano.
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Prove que:

a) Pn = P.cosα e Pt = P.senα
b) A caixa escorrega com aceleração de intensidade a = g.senα

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Exercício 3: 
Considere dois blocos A e B de massas m = 2.0 kg e M = 3,0 kg, respectivamente. O bloco A está apoiado numa plano inclinado perfeitamente liso e é ligado, por um fio ideal, ao bloco B que se move verticalmente. Considere g = 10 m/s2. Determine a intensidade da aceleração dos blocos e a intensidade da força de tração no fio.


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Exercício 4: 
Uma esfera de massa m = 1,0 kg é suspensa por um fio ideal ao teto de um elevador, conforme mostra a figura a. Na figura b representamos as forças que agem na esfera: seu peso de intensidade P e a força de tração de intensidade T. 


Sendo g = 10 m/s2, determine T nos casos:

a) O elevador está parado.
b) O elevador sobe em movimento uniforme.
c) O elevador sobe acelerado com aceleração a = 2,0 m/s2
d) O elevador desce acelerado com aceleração a = 2,0 m/s2
e) O elevador desce em queda livre (a = g).

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Exercício 5:
No interior de um elevador coloca-se uma balança graduada em newtons. Uma pessoa de massa 60 kg está sobre a balança (figura a). As forças que agem na pessoa são: seu peso de intensidade P e a força normal de intensidade FN (figura b). A reação da força normal que age na pessoa está aplicada na balança (figura c).
A balança marca FN.


Sendo g = 10 m/s2, determine a indicação da balança  nos casos:

a) O elevador está parado.
b) O elevador sobe em movimento uniforme.
c) O elevador sobe acelerado com aceleração a = 2,0 m/s2
d) O elevador desce acelerado com aceleração a = 2,0 m/s2
e) O elevador desce em queda livre (a = g).

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sábado, 31 de julho de 2021

Eletricidade - Aula 23 (continuação)

Exercícios de revisão
 
Revisão/Ex 1:
(UFPE)
Uma bateria elétrica possui uma força eletromotriz de 1,5 V e resistência interna 0,1
Ω. Qual a diferença de potencial, em V, entre os polos desta bateria se ela estiver fornecendo 1,0 A a uma lâmpada?

a) 1,5    b) 1,4    c) 1,3    d) 1,2   e) 1,0


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Revisão/Ex 2:
(UFRJ)
O gráfico a seguir, representa a curva característica de um gerador. Analisando as informações do gráfico, determine:
a) a resistência interna do gerador
b) a f.e.m. e a intensidade da corrente de curto-circuito do gerador.



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Revisão/Ex 3:
(UEM-PR)
O gráfico abaixo representa a curva característica de um gerador elétrico. Assinale a alternativa que apresenta corretamente a equação do gerador.



A) U = 20 - 2i
B) U = 10 - 5i
C) U = 10 - 20i
D) U = 20 + 10i
E) U = 10 - 2i


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Revisão/Ex 4:
(Efei-MG)
A leitura no voltímetro, de resistência interna muito grande, na figura a, é de 2,0 V. Quando ligado conforme a figura b, a leitura é de 2,2 V.


Determine:


a) a f.e.m. da pilha.
b) a resistência interna da pilha



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Revisão/Ex 5:
(UFTM)
No circuito, com a chave desligada, o voltímetro mede 1,68 V.



Ao se ligar a chave, fecha-se um circuito com um resistor de resistência 250 Ω e então o voltímetro passa a indicar o valor 1,50 V. Nessas condições, o valor da resistência interna da pilha é, em Ω, de


a) 6.
b) 15.
c) 25.
d) 30.
e) 108.


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b
Desafio: 

São dadas as curvas características de um gerador e de um resistor ligado ao gerador. Os fios de ligação têm resistência elétrica desprezível.


Determine:


a) a resistência elétrica do resistor;
b) a força eletromotriz E do gerador;
c) a resistência interna r do gerador.


A resolução será publicada no próximo sábado.

Resolução do desafio anterior: 

Para o circuito baixo, considere R = 3,0 Ω  e U = 24 V. Qual é a leitura do amperímetro A, suposto ideal?



Resolução:

Trata-se de uma ponte de Wheatstone em equilíbrio (2R.R = 2R.R). Assim, o resistor entre C e D pode ser retirado do circuito:

sexta-feira, 30 de julho de 2021

Termologia, Óptica e Ondas - Aula 23 (continuação)

Exercícios de revisão

Revisão/Ex 1:
(UEL-PR)
Um observador O observa a imagem de um objeto P refletida num espelho plano horizontal. A figura mostra um feixe de raios luminosos que partem de P. O raio que atinge o observador O é:



a) PEO.
b) PDO.
c) PCO.
d) PBO.
e) PAO


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Revisão/Ex 2:
(UERJ)
Uma garota, para observar seu penteado, coloca-se em frente a um espelho plano de parede, situado a 40 cm de uma flor presa na parte de trás dos seus cabelos. Buscando uma visão melhor do arranjo da flor no cabelo, ela segura, com uma das mãos, um pequeno espelho plano atrás da cabeça, a 15 cm da flor. A menor distância entre a flor e sua imagem, vista pela garota no espelho de parede, está próxima de:



a) 55 cm.
b) 70 cm.
c) 95 cm.
d) 110 cm.
e) 125 cm.


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Revisão/Ex 3:
(UESPI)
Uma bola vai do ponto A ao ponto B sobre uma mesa horizontal, segundo a trajetória mostrada na figura a seguir. Perpendicularmente à superfície da mesa, existe um espelho plano. Pode-se afirmar que a distância do ponto A à imagem da bola quando ela se encontra no ponto B é igual a:



a) 8 cm
b) 12 cm
c) 16 cm
d) 20 cm
e) 32 cm


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Revisão/Ex 4:
(Fuvest-SP)
Uma jovem está parada em A, diante de uma vitrine, cujo vidro, de 3 m de largura, age como uma superfície refletora plana vertical. Ela observa a vitrine e não repara que um amigo, que no instante t0 está em B, se aproxima, com velocidade constante de 1 m/s, como indicado na figura, vista de cima.



Se continuar observando a vitrine, a jovem poderá começar a ver a imagem do amigo, refletida no vidro, após um intervalo de tempo, aproximadamente, de:


a) 2 s.
b) 3 s.
c) 4 s
d) 5 s.
e) 6 s.


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Revisão/Ex 5:
(EFOMM-RJ)
Uma pessoa caminha em direção a um espelho fixo com velocidade escalar constante, medida em relação ao solo, conforme mostra a figura abaixo. 



Analisando a situação descrita, pode-se afirmar que:

a) a imagem, de mesmo tamanho, afasta-se do espelho com velocidade de 1,5 m/s.
b) a imagem, de mesmo tamanho, aproxima-se do espelho com velocidade de 3,0xm/s.
c) a pessoa e a sua imagem aproximam-se com velocidade relativa de 3,0 m/s.
d) a pessoa e a sua imagem afastam-se com velocidade relativa de 3,0 m/s.
e) a imagem, aumentada devido à aproximação da pessoa, tem velocidade de 1,5xm/s.


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b
Desafio:
 




Um observador O situa-se diante de um espelho plano E. 

No instante t = 0 um móvel P está na posição indicada na figura. Sua velocidade vetorial v é constante de módulo 4,0 cm/s, direção horizontal e sentido da esquerda para a direita.

a) O observador O vê a imagem de P no instante t = 0?
b) Em caso positivo, depois de quanto tempo, após partir no instante t = 0, o observador O deixa de ver a imagem de P? 
Em caso negativo, depois de quanto tempo, após partir no instante t = 0, o observador O passa a ver a imagem de P? 
 
A resolução será publicada na próxima sexta-feira

Resolução do desafio anterior:

Considere dois espelhos planos A e B, formando entre si um ângulo X. Um raio de luz R incide no espelho A, segundo um ângulo de incidência de 60°. Após refletir no espelho A o raio de luz incide no espelho B e retorna percorrendo, em sentido oposto, a mesma trajetória do raio incidente R. Determine o ângulo X.


Resolução:


x + 30°+90° = 180°
x = 60°

quinta-feira, 29 de julho de 2021

Mecânica - Aula 23 (continuação)

Exercícios de revisão
 
Revisão/Ex 1:
(Fuvest)
A figura mostra dois blocos A e B empurrados por uma força horizontal constante de intensidade F = 6,0 N, em um plano horizontal sem atrito.



O bloco A tem massa 2,0 kg e o bloco B tem massa 1,0 kg.


a) Qual é o módulo da aceleração do conjunto?
b) Qual é a intensidade da força resultante sobre o bloco A?


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Revisão/Ex 2:
(Vunesp)
Dois blocos, A e B, de massas 2,0 kg e 6,0 kg, respectivamente, e ligados por um fio, estão em repouso sobre um plano horizontal. Quando puxado para a direita pela força F mostrada na figura, o conjunto adquire aceleração de 2,0 m/
s2.


Nestas condições, pode-se afirmar que o módulo da resultante das forças que atuam em A e o módulo da resultante das forças que atuam em B valem, em newtons, respectivamente:


a) 4,0 e 16.
b) 16 e 16.
c) 8,0 e 12
d) 4,0 e 12.
e) 1,0 e 3,0


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Revisão/Ex 3:
(UFU-MG)
As figuras I e II representam duas montagens realizadas em um laboratório de Física. Na figura I um operador exerce na extremidade livre do fio uma força de intensidade F = 10 N e na figura II prende-se à referida extremidade um bloco B de peso
PB = 10 N.


É correto afirmar, sabendo-se que não há atrito que:

a) A aceleração do bloco A de massa m é nula nos dois casos se m = 1,0 kg.
b) As duas montagens fornecerão mesma aceleração para o bloco A de massa m.
c) A aceleração do bloco A é maior na situação da figura I.
d) A aceleração do bloco A não depende F ou de P.


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Revisão/Ex 4:
(Espcex)
Três blocos A, B e C de massas 4 kg, 6 kg e 8 kg, respectivamente, são dispostos, conforme representado no desenho abaixo, em um local onde a aceleração da gravidade g vale 10 m/
s2.


Desprezando todas as forças de atrito e considerando ideais as polias e os fios, a intensidade da força horizontal F que deve ser aplicada ao bloco A, para que o bloco C suba verticalmente com uma aceleração constante de 2 m/
s2, é de:

a) 100 N  
b) 112 N  
c) 124 N  
d) 140 N  
e) 176 N


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Revisão/Ex 5:
(UEGO)
Na figura a seguir, os blocos A e B encontram-se apoiados sobre uma superfície horizontal sem atrito, o bloco C está ligado ao bloco A por meio de um fio inextensível que passa por uma polia de massa desprezível, sendo as massas
mA = 4 kg, mB = 1 kg e mC = 5 kg e considerando a aceleração da gravidade g = 10 m/s2.

Nessas condições, é correto afirmar que:

a) o conjunto de blocos A, B e C está em movimento retilíneo uniforme.
b) sendo a soma das massas dos blocos A e B igual à massa do bloco C, podemos afirmar que o sistema se encontra em repouso.
c) a força de contato que A exerce em B e a aceleração são respectivamente 5 N e 5 m/
s2.
d) a tração que o bloco C exerce no fio é de 10 N.
e) não houve conservação de energia mecânica do sistema.


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Desafio:


As massa dos blocos A e B são respectivamente 3,0 kg e 2,0 kg.
A força F1 tem intensidade 20 N.

Determine:

a) A intensidade da força F2.
b) O módulo da aceleração a dos blocos.

Sabe-se que o bloco A exerce no bloco B uma força de intensidade 26 N.
 
A resolução será publicada na próxima quinta-feira.

Resolução do desafio anterior: 

A figura representa dois blocos, A e B, apoiados um sobre o outro. Os blocos estão em repouso sobre uma mesa.



a) Desenhe todas forças que agem no bloco A.
b) Esclareça onde estão aplicadas as correspondentes reações.


Resolução:


a) Forças que agem no bloco A:




b) Reações das forças que agem em A:


quarta-feira, 28 de julho de 2021

Eletricidade - Aula 23


23ª aula
Gerador Elétrico. Força eletromotriz. Equação do gerador. Curva característica de um gerador

Borges e Nicolau

Geradores  Elétricos

São dispositivos que fornecem energia elétrica aos circuitos onde são inseridos. Este fornecimento de energia elétrica se dá às custas de outra forma de energia. A bateria é um exemplo de gerador elétrico. Ela transforma energia química em energia elétrica.
A resistência elétrica dos materiais condutores que constituem um gerador é chamada resistência interna do gerador, sendo indicada por r.
Um gerador elétrico é ideal quando sua resistência interna é nula (r = 0).
A tensão elétrica ou a ddp entre os pólos de um gerador ideal é indicada por E e recebe o nome de força eletromotriz (fem).
Abaixo está a representação de um gerador ideal. Note que a corrente elétrica convencional atravessa o gerador no sentido do pólo negativo para o pólo positivo (Para lembrar: entra pelo – e sai pelo +).


Um gerador real, isto é, um gerador cuja resistência interna não é nula (r 0) é representado conforme o esquema abaixo.


A tensão U entre os pólos de um gerador real é igual à tensão que teríamos se ele fosse ideal (E) menos a tensão na resistência interna (ri). Assim, podemos escrever a chamada EQUAÇÃO CARACTERÍSTICA DO GERADOR:

U = E - r.i

Gerador em circuito aberto

Dizemos que um gerador está em circuito aberto quando não alimenta nenhum circuito elétrico externo. Nestas condições não passa corrente elétrica pelo gerador
(i = 0). Da equação característica do gerador, resulta:

U = E

Gerador em curto-circuito

Dizemos que um gerador está em curto-circuito quando seus pólos são ligados por um fio de resistência elétrica nula.


Nestas condições, a tensão entre os pólos do gerador é nula (U = 0) e a corrente elétrica que percorre o gerador é denominada corrente de curto circuito (icc). Da equação característica do gerador, resulta:

U = E - r.i => 0 = E - r.icc
icc = E/r

Curva característica de um gerador

De U = E – r.i, com E e r constantes concluímos que o gráfico U x i é uma reta inclinada decrescente em relação aos eixos U e i. O ponto A do gráfico tem coordenadas i = 0 e U = E e o ponto B tem coordenadas U = 0 e i = icc = E/r.


Animação: 
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Exercícios básicos
 
Exercício 1:

Um gerador elétrico possui força eletromotriz E = 12 V e resistência interna
r = 2,0 Ω.
a) Qual é a intensidade da corrente elétrica que percorre o gerador quando a tensão entre seus pólos é U = 8,0 V?
b) Sendo i = 4,0 A a intensidade da corrente elétrica que percorre o gerador, qual é a tensão elétrica entre seus pólos?.

 

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Exercício 2:
Um amperímetro ideal é ligado aos pólos de uma bateria de força eletromotriz
E = 6.0 V e resistência interna r = 1,0 Ω. Qual é a leitura do amperímetro?
DICA: O amperímetro ideal tem resistência elétrica nula. Ao ligá-lo aos pólos do gerador, este fica em curto-circuito.
 

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Exercício 3:
Um voltímetro ideal é ligado aos pólos de uma bateria de força eletromotriz
E = 6.0 V e resistência interna r = 1,0 Ω. Qual é a leitura do voltímetro?
DICA: O voltímetro ideal tem resistência infinitamente grande. Ao ligá-lo aos pólos do gerador, este fica em circuito aberto.

Resolução:
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Exercício 4:
É dada a curva característica de um gerador. Determine:
a) a força eletromotriz E;
b) a resistência interna r;
c) a intensidade da corrente de curto-circuito.

 

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Exercício 5:
O gráfico abaixo representa a curva característica de um gerador. Determine:
a) a força eletromotriz E;
b) a resistência interna r;
c) a intensidade da corrente de curto-circuito.

 

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terça-feira, 27 de julho de 2021

Termologia, Óptica e Ondas - Aula 23

Campo visual de um espelho plano

23ª aula
Espelho plano - Campo visual

Borges e Nicolau

Espelho plano
 

É uma superfície plana na qual o fenômeno predominante é a reflexão regular da luz.

Imagem de um ponto num espelho plano

Um ponto P é colocado diante de um espelho plano. Considere dois raios de luz PI e PJ que partem de P e incidem no espelho. Lembrando que o ângulo de reflexão é igual ao ângulo de incidência, construímos os correspondentes raios refletidos cujos prolongamentos encontram-se num ponto P’. Estes raios incidem na vista de um observador e para ele parecem originar-se em P’. O observador vê P’. O ponto P é o vértice de um feixe que incide no espelho, sendo denominado ponto objeto. P’ é o vértice de um feixe que emerge do espelho, sendo denominado ponto imagem.

Quando os raios que definem o vértice do feixe se encontram efetivamente dizemos que o ponto tem natureza real. 

Quando os raios se encontram por meio de prolongamentos, dizemos que o ponto tem natureza virtual.

Assim, P é um ponto objeto real e P’ ponto imagem virtual. Portanto: no espelho plano objeto e imagem têm naturezas opostas.


Observe que os  triângulos POI e P’OI são congruentes.  Concluímos então que PO = P’O, isto é: P e P’ são simétricos em relação à superfície do espelho.

Campo visual de um espelho plano

Ao olhar para a superfície refletora de um espelho, um observador O vê, por reflexão, uma  certa região do espaço. Esta região é chamada campo visual do espelho,  em relação ao observador O. O campo visual depende das dimensões do espelho e da posição do observador.

Para se obter o campo visual deve-se determinar a imagem O’ do olho do observador e unir O’ com os extremos do espelho.


Animações:
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Exercícios básicos
 

Exercício 1:
A distância entre um ponto objeto P e o correspondente ponto imagem P’, fornecido por um espelho plano é de 30 cm. Qual é a distância do ponto objeto P ao espelho?

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Exercício 2:
Dois pontos A e B são colocados na frente de um espelho plano, conforme mostra a figura. Determine:
a) a distância entre A e a imagem B’ do ponto B.
b) a distância entre B e a imagem A’ do ponto A.


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Exercício 3:
Maria posiciona-se num ponto A diante de um espelho plano. Por reflexão no espelho Maria consegue ver a imagem de Pedrinho posicionado no ponto B?


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Exercício 4:
Uma barata se desloca numa reta diante de um espelho plano, conforme a figura. Qual é a distância que a barata percorre dentro do campo visual do observador O? O lado de cada quadradinho é igual a 2,0 cm. 


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Exercício 5:
Um ponto objeto P está diante de um espelho plano. Este sofre uma translação passando da posição (1) para a posição (2). Qual é a distância entre a posição inicial (P’) e a posição final (P”) do ponto imagem? O lado de cada quadradinho é igual a 2,0 cm.


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segunda-feira, 26 de julho de 2021

Mecânica - Aula 23


23ª aula
Aplicando as Leis de Newton

Borges e Nicolau

Leis de Newton

Primeira lei

Um ponto material isolado ou está em repouso ou realiza movimento retilíneo uniforme.

Segunda lei

A resultante das forças aplicadas a um ponto material é igual ao produto de sua massa pela aceleração adquirida:

FR = m.a
Terceira lei

Quando um corpo 1 exerce uma força F12 sobre um corpo 2, este exerce no primeiro outra força F21 de mesma intensidade, mesma direção e sentido oposto.

Exercícios básicos

Exercício 1:
Dois blocos A e B de massas m e M, respectivamente, estão apoiados numa superfície horizontal perfeitamente lisa. Uma força horizontal constante de intensidade F é aplicada ao bloco A.


a) O que ocorre com o peso e força normal que agem em cada bloco?
b) Sendo f a intensidade da força que A exerce em B, qual é a intensidade da força que B exerce em A?
c) Represente todas as forças que agem nos blocos A e B, assim como a aceleração que eles adquirem.
d) Qual é a intensidade da força resultante que age em A e em B?
e) Aplique a cada um dos blocos a segunda lei de Newton, também chamada Princípio Fundamental da Dinâmica (PFD) e obtenha duas equações escalares, relacionando as intensidades das forças resultantes e a intensidade da aceleração.
f) Calcule a intensidade da aceleração a e a intensidade da força f, considerando 
F = 12 N, m = 1,0 kg e M = 2,0 kg.

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Exercício 2:
Dois blocos A e B de massas m = 1.0 kg e M = 2,0 kg, respectivamente, estão apoiados numa superfície horizontal perfeitamente lisa e ligados por um fio ideal. Uma força horizontal constante de intensidade F = 12 N é aplicada ao bloco B. Determine a intensidade da aceleração dos blocos e a intensidade da força de tração no fio.


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Exercício 3:
Considere dois blocos A e B de massas m = 2.0 kg e M = 3,0 kg, respectivamente. O bloco A está apoiado numa superfície horizontal perfeitamente lisa e é ligado, por um fio ideal, ao bloco B que se move verticalmente. Considere g = 10 m/s2. Determine a intensidade da aceleração dos blocos e a intensidade da força de tração no fio.


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Exercício 4:
O bloco B, apoiado numa mesa horizontal e perfeitamente lisa, está ligado por meio de dois fios ideais aos blocos A e C. A aceleração do bloco B é para a direita e tem intensidade a = 2,0 m/s2. As massas de A e B são respectivamente 1,0 kg e 2,0 kg. Considere g = 10 m/s2. Determine as intensidades das forças de tração nos fios e a massa do bloco C.


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Exercício 5:
Para o sistema de blocos, considere a inexistência de atritos. As massas de A, B e C são, respectivamente, 2,0 kg, 1,0 kg e 3,0 kg. Seja g = 10 m/s2. Determine a aceleração dos blocos, a intensidade da tração no fio que liga A e C e a intensidade da força que A exerce em B.


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