ENEM – 2020 – LEIS DE NEWTON

MECÂNICA

DINÂMICA

LEIS DE NEWTON

01- (ENEM-MEC-017)

 

A inércia de um corpo depende de sua massa, pois para acelerar ou frear um ônibus devemos aplicar uma força maior que aquela que usamos para acelerar ou frear um carro.

Assim, quanto maior a massa de um corpo, maior será sua inércia.

Um corpo em movimento circular como, por exemplo, uma pedra presa a um fio, tem, em cada ponto, o vetor velocidade sempre tangente à trajetória.

Se você cortar o fio, a pedra, por inércia, tenderá a manter a direção e o sentido do vetor velocidade e sairá pela tangente.

Então, quando a centrífuga gira em alta velocidade ela faz com que a substância mais densa (maior massa, mesmo volume), de maior inércia tenha maior tendência de “sair pela tangente” indo mais para o fundo do recipiente.

Portanto, nesses aparelhos, a separação das substâncias ocorre em função das diferentes densidades.

R- A

02- (ENEM-MEC-018)

 

03- (ENEM-MEC-019)

Na madrugada de 11 de março de 1978, partes de um foguete soviético reentraram na atmosfera acima da cidade do Rio de Janeiro e caíram no Oceano Atlântico.

Foi um belo espetáculo, os inúmeros fragmentos entrando em ignição devido ao atrito com a atmosfera brilharam intensamente, enquanto “cortavam o céu”.

Mas se a reentrada tivesse acontecido alguns minutos depois, teríamos uma tragédia, pois a queda seria na área urbana do Rio de Janeiro e não no oceano.

De acordo com os fatos relatados, a velocidade angular do foguete em relação à Terra no ponto de reentrada era

(A) igual à da Terra e no mesmo sentido.

(B) superior à da Terra e no mesmo sentido.

(C) inferior à da Terra e no sentido oposto.

(D) igual à da Terra e no sentido oposto.

(E) superior à da Terra e no sentido oposto.

A velocidade angular do foguete tem que ter o mesmo sentido que a da Terra, caso contrário a queda seria à esquerda, provavelmente sobre o Oceano Pacífico e não sobre o Atlântico como afirma o enunciado.

Então o foguete deve se mover no mesmo sentido que o de rotação da Terra e como os fragmentos reentraram na atmosfera acima da cidade do Rio de Janeiro e caíram a leste dessa cidade, no oceano Atlântico, sua velocidade angular deve ser superior à da Terra.

R- B

TRABALHO E ENERGIA

 

04- (ENEM-MEC-017)

Já que podemos desprezar o atrito com o ar podemos considerar o sistema como conservativo e aplicar o princípio da conservação da energia mecânica aplicando-o o durante qualquer ponto trajeto e considerando a energia mecânica como constante durante todo o trajeto.

O referencial adotado é a posição de equilíbrio da lona onde h = 0.

Essa função da energia cinética em função de h é do segundo grau e o gráfico é uma parábola com concavidade para baixo, pois o termo que antecede h₂ é negativo.

Observe ainda que, quando h = h_mín a energia cinética é nula Ec = 0 (ele para, V = 0).

R- C

 

05- (ENEM-MEC-018)

Um projetista deseja construir um brinquedo que lance um pequeno cubo ao longo de um trilho horizontal, e o dispositivo precisa oferecer a opção de mudar a velocidade de lançamento. Para isso, ele utiliza uma mola e um trilho onde o atrito pode ser desprezado conforme a figura.

Para que a velocidade de lançamento do cubo seja aumentada quatro vezes, o projetista deve

(A) manter a mesma mola e aumentar duas vezes a sua deformação.

(B) manter a mesma mola e aumentar quatro vezes a sua deformação.

(C) manter a mesma mola e aumentar dezesseis vezes a sua deformação.

(D) trocar a mola por outra de constante elástica duas vezes maior e manter a deformação.

(E) trocar a mola por outra de constante elástica quatro vezes maior e manter a deformação.

Expressões matemáticas dos dois tipos de energias envolvidos no fenômeno

R- B

06- (ENEM-MEC-019)

Numa feira de ciências, um estudante utilizará o disco de Maxwell (ioiô) para demonstrar o princípio da conservação da energia. A apresentação consistirá em duas etapas: Etapa 1 – a explicação de que, à medida que o disco desce, parte de sua energia potencial gravitacional é transformada em energia cinética de translação e energia cinética de rotação;

Etapa 2 – o cálculo da energia cinética de rotação do disco no ponto mais baixo de sua trajetória, supondo o sistema conservativo.

Ao preparar a segunda etapa, ele considera a aceleração da gravidade igual a e a velocidade linear do centro de massa do disco desprezível em comparação com a velocidade angular.

Em seguida, mede a altura do topo do disco em relação ao chão no ponto mais baixo de sua trajetória, obtendo 1/3 da altura da haste do brinquedo.

As especificações de tamanho do brinquedo, isto é, de comprimento (C), largura (L) e altura (A), assim como da massa de seu disco de metal, foram encontradas pelo estudante no recorte de manual ilustrado a seguir.

O resultado do cálculo da etapa 2, em joule, é:

Está sendo pedida a energia cinética de rotação no ponto mais baixo e, como afirmado elo enunciado, nesse ponto a velocidade linear de translação (movimento vertical) é desprezível em relação à velocidade angular de rotação, e a energia cinética aí (parte mais baixa) pode ser considerada somente a energia cinética de rotação.

Veja a figura abaixo:

A altura do brinquedo é de h = 410 mm = 0,410 m e o nível zero de altura está indicado na figura.

Sendo o sistema conservativo a energia mecânica (total) é sempre a mesma em todos os pontos.

R- B

DINÂMICA IMPULSIVA

 

07- (ENEM-MEC-017)

Em uma colisão frontal entre dois automóveis, a força que o cinto de segurança exerce sobre o tórax e abdômen do motorista pode causar lesões graves nos órgãos internos.

Pensando na segurança do seu produto, um fabricante de automóveis realizou testes em cinco modelos diferentes de cinto.

Os testes simularam uma colisão de 0,30 segundo de duração, e os bonecos que representavam os ocupantes foram equipados com acelerômetros.

Esse equipamento registra o módulo da desaceleração do boneco em função do tempo.

Os parâmetros como massa dos bonecos, dimensões dos cintos e velocidade imediatamente antes e após o impacto foram os mesmos para todos os testes. O resultado final obtido está no gráfico de aceleração por tempo.

Qual modelo de cinto oferece menor risco de lesão interna ao motorista?

Como, pelo enunciado, numa colisão frontal a força que o cinto de segurança exerce sobre o tórax e abdômen do motorista pode causar lesões graves nos órgãos internos, a intenção é diminuir essa força de maneira que o cinto não agrida o motorista, apenas o segure de forma uniforme com a menor força possível para não machuca-lo.

Pela segunda lei de Newton FR = m.a e, como a massa é constante à menor força resultante sobre o boneco corresponde àquela que produz a menor desaceleração sobre o mesmo.

Assim, no gráfico, a curva que satisfaz é a do cinto 2, que produz menor aceleração e de maneira mais contínua que as outras correndo menor risco de lesionar o motorista.

R- B

 

08- (ENEM-MEC-019)

Em qualquer obra de construção civil é fundamental a utilização de equipamentos de proteção individual, tal como capacetes. Por exemplo, a queda livre de um tijolo de massa 2,5 kg de

uma altura de 5 m, cujo impacto contra um capacete pode durar até 0,5 s, resulta em uma força impulsiva média maior do que o peso do tijolo.

Suponha que a aceleração gravitacional seja  e que o efeito de resistência do ar seja desprezível.

A força impulsiva média gerada por esse impacto equivale ao peso de quantos tijolos iguais?

R- A