Exercícios de vestibulares com resolução comentada sobre os conceitos das três leis de Newton
EXERCÍCIOS DE VESTIBULARES COM RESOLUÇÃO COMENTADA SOBRE APLICAÇÃO DOS CONCEITOS DAS TRÊS LEIS DE NEWTON Resumo teórico: Princípio da Inércia (Primeira Lei de Newton) “Todo corpo que esteja em repouso ou em movimento retilíneo e uniforme (movendo-se em trajetória reta com velocidade vetorial constante), tende a continuar nestes estados se a força resultante que age sobre ele for nula”. Segunda lei de Newton ou Princípio Fundamental da Dinâmica Ao contrário da primeira lei de Newton que justifica o que ocorre com um corpo quando a força resultante que age sobre ele for nula, esta segunda lei de Newton explica o que acontece com esse corpo quando a resultante das forças que agem sobre ele não for nula. Podemos definir o Princípio Fundamental da Dinâmica ou segunda lei de Newton do seguinte modo: Terceira Lei de Newton ou Princípio da ação e reação Se dois corpos interagirem entre si simultaneamente, sobre cada um deles surgem forças que obedecem ao Princípio da ação e reação (terceira lei de Newton), de enunciado: As forças da figura abaixo constituem par ação e reação sendo uma de campo (ação à distância) e a Exercícios de vestibulares com resolução comentada sobre os conceitos das três leis de Newton 01- (ENEM - MEC) Resolução: 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) Resulução: 03- (UFRJ - RJ) Um sistema é constituído por um barco de 100 kg, uma pessoa de 58 kg e um pacote de 2,0 kg que ela carrega consigo. O barco é puxado por uma corda de modo que a força resultante sobre o sistema seja constante, horizontal e de módulo 240 newtons. Supondo que não haja movimento relativo entre as partes do sistema, o módulo da força horizontal que a pessoa exerce sobre o pacote vale em newtons: a) 1 b) 2 c) 3 d) 4 e) 5 Resolução: Como o sistema (barco + pessoa + pacote) se movem juntos, eles possuem a mesma aceleração que é fornecida pela segunda lei de Newton Isolando o pacote de massa mp = 2 kg que se move com aceleração de a = 1,5 m/s2 e aplicando a segunda lei de Newton sendo Fp o módulo da força horizontal que a pessoa exerce sobre o pacote R- C 04- ACAFE – SC) Um trenó de neve é puxado por oito cachorros, realizando um movimento retilíneo com velocidade de módulo constante em uma estrada horizontal. Na figura abaixo, pode-se vê-lo de cima. Sobre o trenó estão: um homem, carnes sobre panos, alguns troncos de árvore e uma caixa. Com base no exposto e desconsiderando as massas das cordas e a resistência do ar, assinale a alternativa correta. A Sobre o trenó não existe força de atrito. B Todos os cachorros aplicam sobre o trenó forças de mesma intensidade. C A força normal sobre o trenó tem maior módulo que a força peso do trenó D O módulo da força resultante sobre o trenó é a soma das forças aplicadas pelos cachorros sobre as cordas Resolução: Como o trenó realiza um movimento retilíneo com velocidade de módulo constante em uma estrada horizontal ele está em movimento retilíneo e uniforme (MRU) e a resultante de forças que agem sobre ele deve ser nula (equilíbrio dinâmico). Forças que agem sobre o trenó: R- C 05- (UECE - CE) Desde o início de 2019, testemunhamos dois acidentes aéreos fatais para celebridades no Brasil. Para que haja voo em segurança, são necessárias várias condições referentes às forças que atuam em um avião. Por exemplo, em uma situação de voo horizontal, em que a velocidade da aeronave se mantenha constante, A) a soma de todas as forças externas que atuam na aeronave é não nula. B) a soma de todas as forças externas que atuam na aeronave é maior que seu peso. C) a força de sustentação é maior que seu peso. D) a soma de todas as forças externas que atuam na aeronave é nula. Resolução: Estando a avião em voo horizontal (trajetória reta) e com velocidade constante, ele está em MRU e consequentemente em equilíbrio dinâmico o que implica que a soma vetorial de todas as forças externas que agem sobre o avião é nula, ou seja, a força resultante sobre ele é nula. Assim, na vertical, a força de sustentação aplicada pelo ar, deve anular a força peso e na horizontal a força motora deve anular a força de atrito. R- D 06- (FMJ - SP) Considere um objeto, cuja massa não varia, se deslocando em uma trajetória retilínea com velocidade constante. É correto afirmar que necessariamente (A) a resultante das forças sobre esse objeto tem direção perpendicular à da velocidade. (B) a resultante das forças sobre esse objeto é igual a seu peso. (C) a resultante das forças sobre esse objeto tem direção e sentido iguais aos da velocidade. (D) a resultante das forças sobre esse objeto é nula. (E) não há forças agindo sobre esse objeto. Resolução: Nesse caso o objeto tem uma velocidade constante, logo sua aceleração é nula. Como sua aceleração é 0, a força resultante também só pode ser 0, com isso a alternativa correta é a D. Vamos analisar as outras, também: A velocidade tem sempre a mesma direção e sentido da força resultante, pois ela é uma consequência da aceleração que vai ser exercida por essa força. Se a resultante fosse igual ao peso, o objeto estaria em queda livre. A alternativa C pode causar confusão, porque realmente ela é verdadeira, mas no caso onde há uma força resultante. Sempre há forças agindo, porém a soma delas vai ser igual a 0. R – D 07- (UERJ - RJ) Um reboque de 16 toneladas é puxado por um caminhão através de um cabo de aço. Sabe-se que a aceleração do conjunto caminhão-reboque corresponde a 200 Estime, em newtons, a tração no cabo de aço. Resolução: Dados: massa do reboque = 200.10-2 m/s2 08- (PUC - MG) De acordo com a terceira lei de Newton, a toda força corresponde outra igual e oposta, chamada de reação. A razão por que essas forças não se cancelam é: a) elas agem em objetos diferentes. b) elas não estão sempre na mesma direção. c) elas atuam por um longo período de tempo. d) elas não estão sempre em sentidos opostos. Resolução: Porque elas agem em objetos diferentes. Se agissem sobre o mesmo objeto se anulariam. R- A 09- (UFPel - RS) Considere que um caminhão-tanque, ao abastecer um posto de gasolina, se encontra em repouso, apoiado sobre um piso plano e horizontal, sem atrito. É correto afirmar que a menor força capaz de deslocar esse caminhão é a) uma força que depende da natureza das superfícies de contato. b) uma força que está relacionada com a área de contato entre as suas superfícies. c) igual à força de atrito estático máxima. d) uma força proporcional à reação normal de apoio. e) qualquer força, por menor que seja, desde que haja uma componente horizontal. Resolução: moverá o caminhão-tanque, de modo que, pela segunda lei de Newton F = m.a. R- E. 10- (PUC - RJ) Um paraquedista salta de um avião e cai em queda livre até sua velocidade de queda se tornar constante. Podemos afirmar que a força total atuando sobre o paraquedista após sua velocidade se tornar constante é: a) vertical e para baixo. b) vertical e para cima. c) nula. d) horizontal e para a direita. e) horizontal e para a esquerda Resolução: Após a velocidade do paraquedista se tornar constante, por inércia (primeira lei de Newton) ele está caindo em MRU se encontrando em equilíbrio dinâmico com aa força total (resultante) sobre ele sendo nula. R- C 11- (ACAFE - SC) O Código de Trânsito Brasileiro estabelece, no artigo 65, a obrigatoriedade do uso do cinto de segurança para condutores e passageiros em todas as vias do território nacional. A função básica do cinto de segurança consiste em impedir que os corpos dos ocupantes de um veículo em movimento sejam projetados para frente, no caso de uma colisão frontal. Isso ocorre devido a um comportamento natural de qualquer corpo, descrito pela Primeira Lei de Newton, também conhecida como princípio da inércia. A alternativa correta que compreende tal princípio é: A) A velocidade de um corpo tem sempre a mesma direção e sentido da força resultante que atua sobre ele. B) Toda ação é anulada pela reação. C) Todo corpo permanece em repouso ou movimento retilíneo uniforme, a menos que seja obrigado a mudá-lo por forças atuantes sobre ele. D) Toda vez que um corpo exerce uma força sobre outro, este exerce sobre aquele uma força de mesma intensidade, mesma direção e sentido contrário. Resolução: A) Falsa B) Falsa C) Correta D) Falsa R- C 12- (UNIFESP - SP) Na divulgação de um novo modelo, uma fábrica de automóveis destaca duas inovações em relação à prevenção de acidentes decorrentes de colisões traseiras: protetores móveis de cabeça e luzes intermitentes de freio. Em caso de colisão traseira, “os protetores de cabeça, controlados por sensores, são movidos para a frente para proporcionar proteção para a cabeça do motorista e do passageiro dianteiro dentro de milisegundos. Os protetores […] previnem que a coluna vertebral se dobre, em caso de acidente, reduzindo o risco de ferimentos devido ao efeito chicote [a cabeça é forçada para trás e, em seguida, volta rápido para a frente]”. As “luzes intermitentes de freio […] alertam os motoristas que estão atrás com maior eficiência em relação às luzes de freio convencionais quando existe o risco de acidente. Testes […] mostram que o tempo de reação de frenagem dos motoristas pode ser encurtado em média de até 0,20 segundo se uma luz de aviso piscante for utilizada durante uma frenagem de emergência. Como resultado, a distância de frenagem pode ser reduzida em 5,5 metros [aproximadamente, quando o carro estiver] a uma velocidade de 100 km/h”. (www.daimlerchrysler.com.br/noticias/Agosto/Nova_ClasseE_2006/popexpande.htm) a) Qual lei da física explica a razão de a cabeça do motorista ser forçada para trás quando o seu carro sofre uma colisão traseira, dando origem ao “efeito chicote”? Justifique. b) Mostre como foi calculada a redução na distância de frenagem. Resolução: a) No instante em que o carro sofre uma colisão traseira, sua velocidade do aumenta repentinamente e, por inércia, a cabeça do motorista tende a permanecer com a velocidade que tinha nesse instante, sendo projetada para trás em relação ao veículo e recebendo do banco uma força para frente que provoca um impacto contra o “protetor” de cabeça. 13- (PUC - MG) Considerando-se o conceito de massa, pode-se dizer: a) A massa de um objeto depende do valor da aceleração da gravidade. b) A massa depende da quantidade de material que constitui um objeto. c) A massa de um objeto depende da sua localização. d) Massa e peso são a mesma quantidade. Resolução: A massa de um objeto é uma grandeza física escalar inerente à matéria, que depende da quantidade de matéria que constitui o objeto e que está diretamente relacionada com sua inércia. Quanto maior a massa de um corpo maior será sua inércia, ou seja, maior será a dificuldade para tirá-lo do movimento ou pará-lo. 14- (FGV - SP) Uma caixa encontra-se sobre um plano horizontal e sobre ela uma força constante de intensidade F atua horizontalmente da esquerda para a direita, garantindo-lhe um movimento retilíneo e uniforme. Com base nas leis de Newton, analise: I. Uma pessoa, dentro da caixa e impedida de ver o exterior, teria dificuldade em afirmar que a caixa possui movimento relativamente ao plano horizontal. II. A força resultante sobre a caixa é um vetor horizontal, que possui sentido da esquerda para a direita e intensidade igual a F. III. O componente do par ação e reação correspondente à força F é outra força que atua sobre a caixa, horizontalmente, com a mesma intensidade de F, porém de sentido da direita para a esquerda. Está correto o contido em a) I, apenas. b) III, apenas. c) I e II, apenas. d) II e III, apenas. e) I, II e III. Resolução: I . Correto Portanto a pessoa terá dificuldade em afirmar se está em movimento já que poderia estar também em repouso. II. Falsa Portanto não existe força resultante sobre a caixa. III. Falsa R- A 15- (PUC - MG) Uma corda horizontal está esticada em virtude de se ter aplicado, em cada uma de suas extremidades, uma força de 20N. A tensão suportada pela corda é de: a) 40 N b) 20 N c) 10 N d) Nula e) 50 N Resolução: A força de tração ou tensão Exemplos Assim, a tensão suportada pela corda é a mesma que traciona cada um de seus pontos e obedece ao princípio da ação e reação, de mesma intensidade que a de cada uma de suas extremidades, ou seja, de 20 N. R- B 16- (CESGRANRIO - RJ) Tendo sido danificado um trecho da estrada, o motorista de um ônibus foi obrigado a tomar um desvio, conforme indicado na figura. Ao fazê-lo, o motorista julgou que não seria necessário frear e manteve a velocidade escalar do ônibus. Um passageiro, no entanto, reclamou desta decisão, pois foi “sacudido” de uma extremidade para outra do banco em que estava sentado. Qual das opções abaixo indica corretamente de qual das extremidades do banco (direita ou esquerda) o passageiro foi sucessivamente jogado, ao longo da trajetória (P,Q,R e S) do ônibus? Resolução: Quando um veículo efetua uma curva, um indivíduo em seu interior, por inércia, tende a seguir em linha reta (tende a sair pela tangente, na direção e sentido do vetor velocidade que é sempre tangente à trajetória em cada ponto). Se o carro da figura acima fizesse uma curva para a esquerda a pessoa se sentiria jogada para a direita. No caso do exercício: P Q R S 17- (UFRS - RS) A massa de uma partícula X é dez vezes maior do que a massa de uma partícula Y. Se as partículas colidirem frontalmente uma com a outra, pode-se afirmar que, durante a colisão, a intensidade da força exercida por X sobre Y, comparada à intensidade da força exercida por Y sobre X, será a) 100 vezes menor. b) 10 vezes menor. c) igual. d) 10 vezes maior. e) 100 vezes maior. Resolução: Terceira Lei de Newton ou Princípio da ação e reação Se dois corpos interagirem entre si simultaneamente, sobre cada um deles surgem forças que obedecem ao Princípio da ação e reação (terceira lei de Newton), de enunciado: Quando sofrem colisão frontal, durante o contato trocam forças de mesma intensidade independente das massas dos corpos que estão colidindo. R- C 18- (UNESP - SP) Sob a ação de forças convenientes, um corpo executa um movimento qualquer. Apontar a proposição incorreta. É necessária uma força resultante não nula; a) para pôr um corpo em movimento, a partir do repouso. b) para deter o corpo, quando em movimento c) para manter o corpo em movimento reto e uniforme d) para encurvar a trajetória, mesmo quando o movimento é uniforme e) para alterar a velocidade. Resolução: Para manter o corpo em movimento reto e uniforme (MRU), pelo princípio da Inércia a força resultante deve ser nula. R- C 19- (UNCISALAL - AL) Um copo encontra-se em repouso sobre uma mesa horizontal, num local em que a aceleração da gravidade é constante. É correto afirmar que a) a força peso do copo é a reação à força que a mesa exerce sobre ele. b) a força peso do copo e a reação normal da mesa sobre o copo se anulam. c) caso o copo seja arrastado sobre a mesa, a reação normal da mesa sobre o copo sofrerá alteração em sua direção. d) caso o copo seja arrastado sobre a mesa, a reação normal da mesa sobre o copo sofrerá alteração em sua intensidade. e) se uma pessoa apoiar sua mão sobre o copo, a reação normal da mesa sobre ele diminuirá de intensidade. Resolução: Observe na figura abaixo os pares ação e reação e lembre-se de que as forças aplicadas no bloco (copo) não constituem par ação e reação, pois estão aplicadas no mesmo corpo e se anulam. R- B 20- (ETEC - SP) A maçã, alimento tão apreciado, faz parte de uma famosa lenda ligada à biografia de Sir Isaac Newton. Ele, já tendo em mente suas Leis do Movimento, teria elaborado a Lei da Gravitação Universal no momento em que, segundo a lenda, estando Newton ao pé de uma macieira, uma maçã lhe teria caído sobre sua cabeça. Pensando nisso, analise as afirmações: I. Uma maçã pendurada em seu galho permanece em repouso, enquanto duas forças de mesma intensidade, o seu peso e a força de tração do cabinho que a prende ao galho, atuam na mesma direção e em sentidos opostos, gerando sobre a maçã uma força resultante de intensidade nula. II. Uma maçã em queda cai mais rápido quanto maior for a sua massa já que a força resultante, nesse caso chamada de peso da maçã, é calculada pelo produto de sua massa pela aceleração da gravidade. III. A maçã em queda sofre uma ação do planeta Terra, denominada força peso, que tem direção vertical e o sentido para baixo, e a maçã, por sua vez, atrai a Terra com uma força de mesma intensidade e direção, contudo o sentido é para cima. É correto o que se afirma em (A) I, apenas. (B) II, apenas. (C) I e III, apenas. (D) II e III, apenas. (E) I, II e III. Resolução: I. Correta ela deve ser nula (princípio da inércia) e, para que isso ocorra seu peso II. Falsa Com atrito, a intensidade da força resultante sobre ela é FR = P - Far = m.a, e portanto, a < g, III. Correta R- C 21- (UNIRIO - RJ) Um objeto está suspenso ao teto de uma sala por meio de dois fios como mostra a figura. A força resultante que age sobre o objeto é representada por: Pelo enunciado o objeto está preso ao teto e em repouso e, pelo princípio da Inércia está em equilíbrio estático, logo a força resultante que atua sobre ele é igual a zero. R- E 22- (UEPB - PB) Um automóvel movendo-se em uma BR, guiado por um aluno de física, falta combustível ao se aproximar de um posto de gasolina. Lembrando-se de uma aula sobre o princípio de ação e reação, ele raciocinou: “se eu descer do carro e tentar empurrá-lo com uma força F, ele vai reagir com uma força – F e ambas vão se anular e eu não conseguirei mover o carro”. Mas uma pessoa que vinha com ele, não concordando com este raciocínio, desceu do carro e o empurrou, conseguindo movê-lo. Como você justificaria o carro mover-se? Com base na compreensão desta lei, analise as proposições a seguir. I. O carro move-se porque a pessoa dá um rápido empurrão no carro e, momentaneamente, essa força é maior do que a força que o carro exerceu sobre ela. II. O carro move-se porque a pessoa empurra o carro para frente com uma força maior do que a força com que o carro exerce sobre ela. III. O carro move-se porque a força que a pessoa exerce sobre o carro é tão intensa quanto a que o carro exerce sobre ela, no entanto, a força de atrito que a pessoa exerce (entre os pés e o solo) é grande e é para frente, enquanto a que ocorre no carro (entre os pneus e solo) é pequena e para trás. IV. O carro move-se porque a força que a pessoa exerce sobre o carro e a força que o carro exerce sobre a pessoa são iguais, de sentidos contrários, mas aplicados em corpos diferentes e, portanto, cada um exerce o seu efeito independentemente. A partir da análise feita, assinale a alternativa correta: a) Apenas a proposição IV é verdadeira. b) Apenas as proposições III e IV são verdadeiras. c) Apenas as proposições I e III são verdadeiras. d) Apenas as proposições II e III são verdadeiras. e) Apenas as proposições II e IV são verdadeiras. Resolução: Princípio da ação e reação: As forças trocadas entre o carro e a pessoa possuem módulos iguais, mesma direção e sentidos contrários, mas estão aplicadas em corpos diferentes (uma na pessoa e a outra no carro), por isso não se anulam. R- A 23- (PUC - PR) Um corpo gira em torno de um ponto fixo preso por um fio inextensível e apoiado em um plano horizontal sem atrito. Em um determinado momento, o fio se rompe É correto afirmar: a) O corpo passa a descrever uma trajetória retilínea na direção do fio e sentido contrário ao centro da circunferência. b) O corpo passa a descrever uma trajetória retilínea com direção perpendicular ao fio. c) O corpo continua em movimento circular. d) O corpo para. e) O corpo passa a descrever uma trajetória retilínea na direção do fio e sentido do centro da circunferência. Resolução: O corpo passa a descrever uma trajetória retilínea com direção perpendicular ao fio, ou seja, sai pela tangente em MRU obedecendo ao vetor velocidade. R- B 24- (PUC - SP) Certo carro nacional demora 30 s para acelerar de 0 a 108 km/h. Supondo sua massa igual a 1 200 kg, o módulo da força resultante que atua no veículo durante esse intervalo de tempo é, em N, igual a a) zero b) 1 200 c) 3 600 d) 4 320 e) 36 000 Resolução: R- B 25- (ITA - SP) Um balão preenchido com gás tem como hóspede uma mosca. O balão é conectado a uma balança por meio de um fio inextensível e de massa desprezível, como mostra a figura a seguir. Considere que o balão se move somente na direção vertical e que a balança fica em equilíbrio quando a mosca não está voando. Sobre a condição de equilíbrio da balança, pode-se concluir que: a) se a mosca voar somente na direção horizontal, a balança ficará em equilíbrio. b) o equilíbrio da balança independe da direção de voo da mosca. c) a balança só ficará em equilíbrio se a mosca permanecer no centro do balão. d) se a mosca voar somente na direção vertical a balança jamais ficará em equilíbrio. e) a balança só ficará em equilíbrio se a mosca não estiver voando Resolução: Se a mosca se mover na vertical suas asas aplicarão forças verticais no ar do interior do balão, desequilibrando o sistema poque pelo princípio da ação e reação o movimento de suas asas aplica no ar uma certa força (ação) e a mosca recebe do ar, com a mesma intensidade e em sentido contrário, uma força (reação) que a permite se mover. R- A 
FR = m.a 240 = (100 + 58 + 2).a 240 = 160.a a = a = 1,5 m/s2 (aceleração do “barco + pessoa + pacote”) 
Fp = mp.a Fp = mp.a = 2.1,5 Fp = 3,0 N
, e que a massa do cabo de aço é desprezível em relação às massas do caminhão e do reboque.
m = 16 ton = 16.103 kg ; aceleração do reboque a = 200 a = 2 m/s2.
isso só é válido se o movimento for acelerado se for retardado eles têm sentidos opostos. elas jamais se anulam, pois são aplicadas em corpos diferentes. trata-se do princípio da inércia (Primeira Lei de Newton). trata-se do princípio da ação e reação (Terceira Lei de Newton).
o que o corpo sente é a aceleração que surge devido à uma força resultante, como a velocidade é constante (está em MRU) não surgirá força resultante, nem aceleração e, por inércia (primeira lei de Newton) ele se comportará como se estivesse em repouso ou em MRU. como, pelo enunciado, ele está em MRU, a força resultante sobre ele é nula. as forças de ação e reação são aplicadas em corpos diferentes e não sobre o mesmo corpo que é a caixa.
é uma força que é transmitida sempre por fios, cordas ou cabos ideais (inextensíveis e de massas desprezíveis) distendendo-os (tracionando-os, esticando-os).
esquerda, direita, direita e esquerda. 
e 
que estão 
como a maçã está em equilíbrio (repouso) presa ao galho a força resultante 
sobre 
(vertical e para baixo) deve ser anulado pela força de tração
no cabinho. sem atrito a maçã cai sujeita à aceleração da gravidade de módulo g, independentemente de sua massa (P = m.g , sendo que g é a mesma) assim, desprezando-se os atritos, todos os corpos chegam com a mesma velocidade e ao mesmo tempo ao solo, independentemente de sua massa. trata-se do princípio da ação e reação (forças trocadas entre o centro da Terra e a maçã).
A força recebida pelo ar é transmitida também ao balão, já que o sistema é fechado.
Assim se a mosca bater as asas para cima, forçando o ar para cima, recebe em sentido contrário uma força de mesma intensidade, podendo descer.
Como o ar, em contato com o balão aplica então uma força no mesmo, este se movimenta, trocando força de tração com o fio que irá deslocar a balança.
Na direção horizontal o mesmo aconteceria, mas o enunciado explicita que o balão na verdade não se move nesta direção.