MOVIMENTOS VERTICAIS
FORMULÁRIO
Exercícios de vestibulares com resoluções comentadas sobre
Movimentos Verticais
01-(CEFET-CE)
Um elevador de bagagens sobe com velocidade constante de 5m/s.
Uma lâmpada se desprende do teto do elevador e cai livremente até o piso do mesmo.
A aceleração local da gravidade é de 10m/s2.
O tempo de queda da lâmpada é de 0,5s.
Determine a altura aproximada do elevador.
02-(UNICAMP-SP)
Um malabarista de circo deseja ter três bolas no ar em todos os instantes.
Ele
arremessa
uma bola a cada 0,40s (considere
g= 10m/s²).
a)
Quanto tempo cada bola fica no ar?
b)
Com
que velocidade
inicial deve
o malabarista
atirar cada bola para cima?
c) A que altura se
elevará
cada bola acima de suas mãos?
03-(FUVEST-SP)
Duas bolinhas são lançadas verticalmente para cima, a partir de uma mesma altura, com a mesma velocidade inicial de 15m/s, mas num intervalo de tempo de de 0,5s entre os lançamentos.
Despreze a resistência do ar e considere g = 10m/s2.
a) Faça, num mesmo sistema de eixos, o gráfico da velocidade em função do tempo para as duas bolinhas.
b) Qual o instante e a altura em que as duas bolinhas coincidem?
04-(UNIFESP-SP)
Em uma manhã de calmaria, um Veículo Lançador de Satélite (VLS) é lançado verticalmente do solo e, após um período desaceleração, ao atingir a altura de 100 m, sua velocidade linear é constante e de módulo igual a 20,0 m/s.
Alguns segundos após atingir essa altura, um de seus conjuntos de instrumentos desprende-se e move-se livremente sob ação da força gravitacional.
A figura fornece o gráfico da velocidade vertical, em m/s, do conjunto de instrumentos desprendido
como função do tempo, em segundos, medido no intervalo entre o momento em que ele atinge a altura de 100 m até o instante em que, ao retornar, toca o solo.
a) Determine a ordenada y do gráfico no instante t = 0 s e a altura em que o conjunto de instrumentos se desprende do VLS.
b) Calcule, através dos dados fornecidos pelo gráfico, a aceleração gravitacional do local e, considerando √2 =1,4, determine o instante no qual o conjunto de instrumentos toca o solo ao retornar.
05-(FGV-SP)
Frequentemente, quando estamos por passar sob um viaduto, observamos uma placa orientando o motorista para que comunique à polícia qualquer atitude suspeita em cima do viaduto.
O alerta serve para deixar o motorista atento a um tipo de assalto que tem se tornado comum e que segue um procedimento bastante elaborado.
Contando que o motorista passe em determinado trecho da estrada com velocidade constante, um assaltante, sobre o viaduto, aguarda a passagem do pára-brisa do carro por uma referência previamente marcada na estrada.
Nesse momento, abandona em queda livre uma pedra que cai enquanto o carro se move para debaixo do viaduto. A pedra atinge o vidro do carro quebrando-o e forçando o motorista a parar no acostamento mais à frente, onde outro assaltante aguarda para realizar o furto.
Suponha
que, em um desses
assaltos, a pedra caia por 7,2 m antes de atingir o pára-brisa de
um carro.
Nessas condições, desprezando-se a resistência do ar e considerando a aceleração da gravidade 10 m/s2, a distância d da marca de referência, relativamente à trajetória vertical que a pedra realizará em sua queda, para um trecho de estrada onde os carros se movem com velocidade constante de 120 km/h, está a
06-(UERJ-RJ)
Um corpo em queda livre percorre certa distância vertical em 2s; logo, a distância percorrida em 6s será:
a) dupla.
b) tripla
c) seis vezes maior.
d) nove vezes maior.
e) doze vezes maior.
07-(UNIFESP-SP)
Três bolinhas idênticas, são lançadas na vertical, lado a lado e em sequência, a partir do solo horizontal, com a mesma velocidade inicial, de módulo igual a 15 m/s para cima.
Um
segundo após o lançamento da primeira,
a segunda
bolinha é lançada.
A terceira bolinha é lançada no instante em que a primeira, ao retornar, toca o solo.
Considerando g = 10m/s2 e que os efeitos da resistência do ar ao movimento podem ser desprezados, determine
a) a altura máxima (hmáx) atingida pela primeira bolinha e o instante de lançamento da terceira bolinha.
b) o instante e a altura H, indicada na figura, em que a primeira e a segunda bolinha se cruzam.
08-(FUVEST-SP)
Numa
filmagem,
no exato
instante em que um caminhão passa por uma marca no chão,
um dublê
se larga
de um viaduto para
cair dentro de sua caçamba.
A velocidade v do caminhão é constante e o dublê inicia sua queda a partir do repouso, de uma altura de 5 m da caçamba, que tem 6 m de comprimento.
A velocidade ideal do caminhão é aquela em que o dublê cai bem no centro da caçamba, mas a velocidade real v do caminhão poderá ser diferente e ele cairá mais à frente ou mais atrás do centro da caçamba.
Para que o dublê caia dentro da caçamba, v pode diferir da velocidade ideal, em módulo, no máximo:
09-(UNICAMP-SP)
Uma torneira, situada a uma altura de 1 m acima do solo, pinga lentamente à razão de 3 gotas por minuto.
(a) Com que velocidade uma gota atinge o solo ?
b) Que intervalo de tempo separa as batidas de duas gotas consecutivas no solo ? Considere, para simplificar, g = 10 m/s2.
10-(PUC-SP)
Um projétil é atirado verticalmente, de baixo para cima, com velocidade vo = 25 m/s. Uma pessoa
situada
a
30m de
altura
vê
passar na subida
e, após
um intervalo
de tempo
t,
o
vê voltar. Desprezando a resistência do ar e
supondo a aceleração
local da gravidade de 10 m/s2,
o tempo
t
decorrido entre as duas observações foi
de: (g
= 10m/s2).
11-(UFMT-MT)
Dois projéteis iguais são atirados da mesma posição ( 40 m acima do solo ), verticalmente, em sentidos opostos e com a mesma velocidade.
Em 2 s o primeiro projétil atinge o solo.
Depois de quanto tempo da chegada do primeiro o segundo atingirá o solo? ( Despreze qualquer tipo de atrito e considere g = 10 m/s².)
12-(ITA-SP)
Um
corpo
cai, em queda livre, de
uma altura
tal que durante o último segundo de queda ele percorre 1/4 da altura
total.
Calcular o tempo de queda, supondo nula a velocidade inicial do corpo.
a) t=1/(2 - √3) s
b) t=2/(2 + √3) s
c) t=2/(2 - √3) s
d) t=3/(2 - √3) s
e) t=4/(3 - √3) s
13-(ITA-SP)
De um telhado caem gotas de chuva separadas por intervalos de tempo iguais entre si.
No momento em que a 5º gota se desprende, a primeira toca o solo.
Qual a distância que separa as duas últimas gotas consecutivas (4° e 5°), nesse instante, se a altura do telhado é de 20m? g = 10m/s2.
14-(AFA-SP)
Um corpo é abandonado do topo de um precipício.
O ruído produzido pela queda do corpo ao atingir o chão é ouvido 10s após o seu abandono.
Considerando
a velocidade
do som no ar igual a 340m/s, pode
se afirmar
que a altura
do precipício,
em metros
é
aproximadamente
a)
200
b) 288
c) 391
d) 423
e) 522
15-(FISICAEVESTIBULAR)
Um
elevador
está descendo com velocidade constante de 5m/s. Quando
o elevador
está a uma altura de 10m do solo,
um menino em seu interior joga uma bola verticalmente para cima, com velocidade inicial de 12m/s em relação ao elevador. Considere g = 10m/s2.
a) Qual a altura atingida pela bola em relação ao solo?
b) Determine a altura do elevador sabendo que ela equivale à metade da altura máxima atingida pela bola, dentro do elevador, se ele não tivesse teto.
16-(AFA-SP)
Um corpo é abandonado do repouso de uma altura h acima do solo.
No mesmo instante outro é lançado para cima, a partir do solo, segundo a mesma vertical com velocidade v.
Sabendo que os corpos se encontram na metade da altura da descida do primeiro, pode-se afirmar que h vale
Resolução comentada dos exercícios de vestibulares sobre
Movimentos Verticais
01-
No instante em que a lâmpada se desprende do teto do elevador ela está sendo lançada para cima com velocidade de Vo=5m/s e o tempo de subida e descida até chegar ao piso, na posição (–x), foi t=0,5s --- (veja figura abaixo) --- S=Vo.t – gt2/2 --- -x=5.0,5 – 5.(0,5)2 --- x= - 1,25m --- altura do elevador = 1,25m.
02- a)
Como são três bolas, cada uma fica no ar t= 3.0,4
--- t=1,2s.
b)
Como cada bola fica no ar 1,2s e o tempo de subida é igual ao tempo
de descida, ela demora t=0,6s para atingir a altura máxima,
onde V=0 --- V=Vo –
gt --- 0=Vo –
10.0,6 --- Vo=6m/s.
c) Cada bola atinge a altura máxima no instante t=0,6s --- S=Vo.t – gt2/2=6.0,6 – 5.(0,6)2 --- S=1,8m.
03- a) Bolinha P que saiu antes com Vo=15m/s --- tempo que demora para atingir a altura máxima, ou seja, quando V=0 --- V= Vo – gt --- 0=15 – 10t --- t=1,5s (tempo de subida e tempo de descida, ou seja, o tempo de permanência no ar é de 3,0s) --- se ela parte com velocidade de 15ms ela retorna ao ponto de partida com velocidade de -15m/s (veja gráfico abaixo).
A bolinha Q repete os mesmos movimentos de Q, mas depois de 0,5s (veja gráfico acima)
b) Como P partiu 0,5s antes --- tP – tQ=0,5 --- tP=tQ + 0,5 --- equação da Q --- SQ=15tQ -10tQ2/2 --- equação da P --- SP=15tP -10tP2/2 --- SP=15(tQ + 0,5) - 5(tQ + 0,5)2=15tQ + 7,5 – 5(tQ2 + 2.tQ.0,5 + 0,25)=15tQ + 7,5 – 5tQ2 - 5tQ – 1,25 --- SP=10tQ – 5tQ2 + 6,25 --- no encontro SQ=SP --- 15tQ – 5tQ2=-5tQ2 + 10tQ + 6,25 --- tQ=6,25/5 --- tQ=1,25s (instante do encontro após a partida de Q) e tP=(1,25 + 0,5)=1,75s (instante do encontro após a partida de P) --- substituindo tQ=1,25s em SQ=15tQ – 5tQ2=15.1,25 – 5.(1,25)2 --- SQ=11m.
04- a)
Pelo enunciado o VLS acelera verticalmente até atingir a altura de
100m e, a partir desse instante (t=0), ele se move por alguns
segundos com velocidade constante de 20m/s até que um dos conjuntos
de instrumentos se desprende, o que ocorre, pelo gráfico, quando
t=2s --- observando o gráfico você pode concluir que
quando t=0 ele atinge a velocidade de 20m/s --- portanto
a ordenada y vale y=V=20m/s --- entre 0 e 2s ele subiu
com velocidade constante de 20ms --- V=∆S/∆t
--- 20=∆S/2 --- ∆S=h’=40m ---
como, desde o solo até atingir a velocidade de 20m/s ele já havia
subido h=100m, a altura total alcançada foi de htotal=100
+ 40=140m --- h=140m.
b) No instante em que o conjunto de instrumentos se desprende ele possui a mesma velocidade para cima que o VLS e que é de 20m/s --- assim, o movimento do conjunto de instrumentos é como um lançamento vertical para cima com velocidade inicial Vo=20m/s --- agora o conjunto está subindo e sua velocidade está variando de Vo=20m/s (quando t=2s) para V=0 (quando t=4s), veja gráfico --- a=g=∆V/∆t=(V – Vo)/(t – to)=(0 – 20)/(4 – 2) --- g= - 10m/s2 --- colocando a origem no ponto de lançamento, quando o conjunto de instrumentos atinge o solo ele está na posição S= - 140m --- S= So + Vo.t + g.t2/2 --- -140 =0 + 20t -10.t2/2 --- t2 – 4t – 28=0 --- ∆=16 + 112=128 ---
t= (4 ± 11,31)/2 --- t≈7,6s --- o tempo pedido vale t=2 + 7,6 --- t≈9,6s.
05- Tempo que a pedra demora para cair --- queda livre da altura de h=7,2m --- S=gt2/2 --- 7,2=5t2 --- t=1,2s --- nesse tempo o carro com velocidade constante de 120km/h=33,4m/s o carro se deslocou --- V=ΔS/Δt --- 33,4= ΔS/1,2 --- ΔS=40,08m.
R- C.
06- Observe que o tempo de queda é 6/2=3 vezes maior e,que na expressão h=gt2/2 a altura é diretamente proporcional ao quadrado do tempo --- assim, a resposta será 32=9 vezes maior --- R-D.
07- a) Trata-se de um lançamento vertical para cima com velocidade inicial Vo=15m/s e a=-g=-10m/s2 --- na altura máxima V=0 --- V = Vo– gt --- 0=15 – 10t --- t=1,5s (tempo que demora para subir que é o mesmo que demora para descer) --- tempo de permanência no ar --- t=3s --- na altura máxima t=1,5s --- S=So + Vot + at2/2 ---
hmáx=0 + 15.1,5 – 10.1,52/2=22,5 – 11,25 --- hmáx=11,25m.
b) Equação da primeira bolinha que é lançada no instante t1 com Vo=15m/s da origem --- h1=0 + 15t1 – 10t12/2 ---
h1=15t1 – 512 --- quando a segunda bola foi lançada já fazia 1s que a segunda estava no ar --- t1 - t2=1 --- t2=t1 – 1 --- equação da bola 2 --- h2=0 + 15t2 – 5t22=15(t1 – 1) – 5.(t1 – 1)2/2 --- h2=-20 + 25t1 – 5t12 --- no instante em que se cruzam possuem a mesma altura --- h1=h2 --- 15t1 – 5t12 = -20 + 25t1 -5t12 --- 10t1 – 20 = 0 --- t1=2s (instante do encontro) --- substituindo t1=2s em qualquer uma das duas equações, por exemplo na primeira, você obtém --- h1=h2=H=15.2 – 5.22=30 – 10 --- H=10m.
08- Observe
a figura abaixo onde L é a distância horizontal entre a marca no
chão e o dublê no instante do salto --- cálculo
do tempo de queda do dublê que cai da altura h=5m ---
h=gt2/2
--- 5=10t2/2
--- t2=1
--- t=1s --- a velocidade ideal ocorre quando ele
cai no meio da caçamba ∆S=(L + 3) nesse tempo de ∆t=1s ---
Vi=ΔS/Δt=(L
+ 3)/1 --- Vi=(L
+ 3) --- a velocidade mínima do caminhão ocorre quando
em ∆t=1s ele cai no início da caçamba ∆S=L ---
Vmin=
ΔS/Δt=L/1 --- Vmin=L
--- a velocidade máxima do caminhão ocorre quando em
∆t=1s ele cai no final da caçamba ∆S=(L + 6) --- Vmax=
ΔS/Δt=(L + 6)/1 --- Vmax=L
+ 6 --- diferenças --- V1=Vi –
Vmin=
(L + 3) – L --- V1=3m/s
--- V2=
Vmax
- Vi=(L
+ 6) – (L + 3) --- V2=3m/s
R- B.
09- a) Velocidade com que cada gota chega no solo --- equação de Torricelli --- V2=Vo2 + 2.g.h=02 + 2.10.1 --- V=√20 --- V=4,47m/s.
b) Como o tempo de queda é o mesmo, o intervalo de tempo entre as batidas de duas gotas consecutivas é o mesmo intervalo de tempo compreendido entre as saídas de duas gotas consecutivas da torneira --- se saem 3 gotas em cada 1min=60s, tem-se que, entre a 1a e a 2adecorreram (20s); entre a 2a e a 3a (20s) e entre a 3a e a 4a (20s) e assim, a partir do instante em que uma bate no solo, depois de 20s chega a outra ao solo --- R- 20s.
10- Trata-se de um lançamento vertical para cima de equação S=So + Vot + at2/2 --- cálculo do tempo t nos instantes em que o projétil passa pela posição S=30m --- 30=25t – 10t2/2 --- t2 – 5t + 6=0 --- resolvendo essa equação você obtém dois instantes --- t1=2s (passa pela posição 30m na subida) e t2=3s (passa pela posição 30m na descida) ---
o tempo Dt decorrido entre as duas observações foi de --- Dt=3 – 2=1s --- R- B.
11- Colocando a origem no ponto de lançamento e orientando a trajetória para cima --- equação do corpo lançado verticalmente para baixo com velocidade Vo --- S=So + Vot + at2/2 --- S=h1 --- Vo e a
são negativas (contrárias à orientação da trajetória) --- h1=0 –Vo.t – gt2/2 --- quando ele chega ao solo h1=-40m e t=2s --- -40=-Vo.2 – 10.22/2 --- Vo=10m/s --- equação do corpo lançado verticalmente para cima com Vo=10m/s (positiva, a favor da trajetória) e a=-g (contrária à orientação da trajetória) --- h2=0 + Vot – gt2/2 --- ela sobe, desce e quando chega ao solo está na posição h2=-40m --- -40=10t – 5t2 --- 5t2 -10t -40=0 --- resolvendo essa equação você obtém dois instantes ---
t1=-1s (negativo, não convém) e t2=4s (tempo com que o segundo projétil chega ao solo) --- como o primeiro chega ao solo após 2s e o segundo após 4s, a diferença de tempo pedida é de t=2s.
12- Observe
a figura onde foi colocada a origem no ponto de partida quando Vo=0
e orientando a trajetória para baixo --- observe na
figura que, no final do último segundo o instante é t e no segundo
anterior é t1=t
– 1 --- no instante t1
--- S=So + Vo.t1 + a.t12/2 --- S1=0 + 0 + g.t12/2 --- S1=g.t12/2 --- no instante t --- S2=g.t2/2 --- ∆S=H/4=S2 – S1 ---
H/4=g.t2/2 – g.t12/2=g/2 (t2 – t12) --- H/2=g( t2 – t12) --- H/2=g.(t – t1).(t + t1)= g.[t – (t – 1)]. [t + (t – 1)] --- H/2=g.(t – t +1).(t + t -1) --- H/2=g.(t + t – 1)=(2t – 1) --- H/2=g.(2t – 1) --- H=2g(2t – 1) --- H=4gt- 2g --- 4gt=H + 2g ---
t=(H + 2g)/4g (I) --- no instante t --- S2=H=g.t2/2 (II) --- (II) em (I) --- t=[(g.t2/2) + 2g]/4g --- t=[(gt2 + 4g)/2]4g --- t=(gt2 + 4g)/8g=(t2 + 4)/8 --- 8t=t2 + 4 --- t2 – 8t + 4 = 0 --- resolvendo --- t1=4 + 2√3 s e t2=4 - 2√3 (negativo, não satisfaz) --- t=(4 + 2√3)s --- t=2(2 + √3)x(2 - √3)/(2 - 2√3) --- t=2[22 – (√3)2]/(2 - √3) --- t=2.(4 – 3)/(2 - √3) --- t=2/( 2 - √3) --- R- C.
13-
Cálculo do tempo que a gota demora para chegar ao solo e percorrer h=20m --- S=So + Vot + gt2/2 --- 20=0 + 0t + 10t2/2 --- 20=5t2 --- t=√4 --- t=2s --- como esse é o tempo que cada gota demora para chegar ao solo, dividindo-o por 4 você obterá o intervalo de tempo em que cada gota se desprende do telhado (observe a figura) --- quando a quinta gota está saindo a quarta gota já estava se deslocando durante t=0,5s, fornecendo a distância pedida (entre a 4a e a 5a gotas) pela expressão h=gt2/2=10.(0,5)22 --- h=1,25m.
14- Seja t o tempo que a pedra demora para descer e t1 o tempo que o som demora para subir --- t + t1=10 --- t1=10 – t --- o corpo está em queda livre --- S=So + Vo.t a.t2/2 --- h=0 + 0 + 10.t2/2 --- h=5t2 (I) --- o som sobe com velocidade constante de V=340m/s demorando t1=10 – t --- V=∆S/∆t --- 340=h/(10 – t) --- h=340.(10 – t) (II) --- igualando (I) com (II) --- 5t2 = 340(10 – t) --- 5t2 + 340t – 3400=0 --- t2 + 68t – 680=0 --- ∆=4624 + 2720=7344 --- √∆≈85,7 --- t1= -68 +85,7/2 =8,85s --- t2=negativo, não satisfaz --- t=8,85s (tempo que a pedra demora para descer --- substituindo t=8,85s em h=5t2=5.(8,85)2=391,6125m --- R- C.
15- a) Para
um observador fixo no solo a bola estará subindo com velocidade
relativa de VR=12 – 5=7m/s --- colocando a origem do
sistema de referência nas mãos do menino e orientando a trajetória
para cima você terá --- S=So + Vo.t + a.t2/2
--- h= 0 + 7t – gt2/2
--- h = 7t – 5t2
--- na altura máxima V=0 --- V=Vo + at ---
0=7 – 10t --- t=0,7s (tempo que demora para atingir a
altura máxima) --- este tempo, substituído em h=7t –
5t2 fornece a altura máxima atingida
pela bola --- hmáx=7.(0,7)
– 5.(0,7)2=4,9
– 2,45=2,45m --- hmáx=10
+ 2,45 --- hmáx=12,45m (altura
máxima atingida pela bola em relação a um observado no solo) ou
ainda --- durante os t=0,7s o elevador desce V=∆S/∆t
--- 5=h/0,7 --- h=3,5m --- nesse mesmo
intervalo de tempo a bola sobe até atingir a altura máxima, durante
t=0,7s, de h’=0 + 12.0,7 – 10.(0,7)2/2=8,4
– 2,45=5,95m --- assim, em t=0,7s o elevador desce 3,5m
e a bola sobe 5,95m --- hmáx=5,95
– 3,5=2,45m --- hmáx=2,45m.
b)
Para um observador dentro do elevador que se move em MRU com
velocidade (equilíbrio dinâmico) a bola estará subindo sendo
lançada verticalmente para cima com Vo=12m/s
--- equação de Torricelli --- V2=Vo2 +
2.a.∆S --- na altura máxima V=0 --- 02 =
122 –
2.10.hmáx
--- hmáx=144/20=7,2m
--- altura do elevador he=7,2/2=3,6m
--- he=3,6m.
Observação: Veja que, para o observador dentro do elevador a bola demorou V=Vo + at --- 0=12 – 10t --- t=1,2s (para subir) --- para o observador fora do elevador, para percorrer h=5,95m, ela deve demorar, com Vo=7m/s --- 5,95=7t – 5t5 --- 5t2 -7t +5,95=0 --- ∆=144 – 119=25 --- √∆=5 --- t1=(7 – 5)/10=- 0,2s (negativo, desprezado) --- t2=(7 + 5)/10 --- t2=1,2s (para subir) --- observe que o tempo de subida é o mesmo tanto para o observador fora do elevador como para o observador dentro do elevador, como deveria ocorrer.
16- Primeiro
corpo abandonado Vo=0
--- colocando a origem da trajetória nesse ponto e
orientando-a para baixo (g=+10m/s2),
sua equação fica --- S=So +
Vot
+ at2/2
--- h1=0
+ 0.t + 10t2/2
--- h1=5t2
--- 0 corpo 2 é lançado verticalmente para cima da posição
h abaixo da origem 0 com velocidade (-V, contrária à orientação
da trajetória)) e sua equação fica --- h2=h
+ (-V).t + 10t2/2
--- h2=h
– Vt + 5t2
--- como, pelo enunciado, eles se encontram na altura
h1=h2=h/2,
a equação horária do corpo 1 fica --- h/2=5t2
--- t=√(h/10) --- substituindo esse tempo na
equação do corpo 2, onde h2=h/2,
você terá --- h/2=h – Vt + 5t2
--- h/2 – h= - Vt + 5t2
--- -h/2= - Vt + 5t2
--- 10t2 –
2Vt +h=0 --- 10.√(h/10) – 2V√(h/10) + h=0
--- h – 2V√(h/10) + h=0 --- h=V.√(h/10)
--- h2 =
V2.h/10
--- h=V2/10=V2/g
---
R- B.
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