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Cinemática 7 – Lançamento vertical para cima

 

Lançamento vertical para cima

 

Deslocamento no ar

 

Figura 1  Uma​​ pessoa​​ correndo​​ com velocidade V, com o guarda-chuva aberto, sentirá mais os​​ efeitos retardadores do ar​​ do que uma​​ pessoa,​​ correndo​​ com a​​ mesma velocidade V, mas com o guarda-chuva fechado​​ .

Figura 2 ​​ Uma​​ pessoa​​ correndo com velocidade V,​​ com o guarda-chuva​​ aberto,​​ sentirá mais os​​ efeitos retardadores do ar​​ do que uma​​ pessoa, andando com​​ velocidade V’, menor que V, com o​​ guarda-chuva​​ também aberto​​ .

Pelas figuras,​​ você conclui que, sempre que um corpo efetua qualquer tipo de​​ movimento no ar ele sofre uma força de resistência exercida pelo ar sobre ele,​​ que​​ depende da velocidade com que o corpo está se movendo e​​ da superfície (área)​​ do corpo que está exposta ao ar.

 

Deslocamento no vácuo

 

Se um​​ corpo​​ se locomover no vácuo (sem ar, sem nada, ausência de matéria),​​ ele​​ não sofrerá​​ 

nenhuma oposição​​ ao seu movimento, pois, não haverá meio material​​ para impedir seu deslocamento.

Aceleração da gravidade (g)

 

Um​​ corpo sólido,​​ quando abandonado​​ (V = 0)​​ de​​ certa altura,​​ durante a queda​​ efetua um movimento uniformemente acelerado e, quando lançado verticalmente para cima​​ efetua um movimento uniformemente retardado na subida​​ e​​ uniformemente acelerado na descida.

No entanto, desde que os corpos sejam bastante densos e compactos, podemos desprezar os

efeitos retardadores do ar, o que foi feito por Galileu, quando​​ abandonou​​ do alto da torre de Pisa

diversas esferas densas e compactas,​​ verificando​​ que atingiam o solo ao mesmo tempo.

Nos exercícios de vestibulares, quando não especificados, são desprezadas as resistências do ar,​​ mesmo porque seus estudos ultrapassam o nível do ensino médio.

 

Características da aceleração da gravidade​​ 

 

A​​ Terra​​ (ou qualquer outro planeta)​​ origina ao​​ seu redor um campo gravitacional​​ ​​ que faz com que​​ todos os corpos no interior desse campo sejam atraídos em direção ao centro da Terra​​ com​​ 

uma aceleração denominada​​ aceleração gravitacional​​ ou​​ aceleração da gravidade.

Assim,​​ próximos à superfície da Terra​​ (ou de qualquer outro planeta),​​ os​​ corpos​​ ali colocados​​ ficam sujeitos a uma aceleração, denominada aceleração da gravidade, normalmente representada pela​​ letra g,​​ que tem as seguintes características:

 Não depende do corpo em estudo, ou seja,​​ é a mesma para qualquer corpo em queda​​ livre​​ em direção ao centro do planeta.

 Varia ligeiramente com o local da experiência, em​​ pontos próximos à superfície da Terra.

 Tem direção vertical e sentido para baixo, retardando​​ os corpos​​ lançados verticalmente para cima​​ e​​ acelerando​​ os que se​​ encontram em queda livre​​ (verticalmente para baixo)

 Apesar do valor de g variar um pouco conforme o​​ local da experiência convenciona-se como​​ valor normal de g a grandeza g​​ =​​ 9,8​​  e​​ até g​​ =​​ 10​​  para simplificar os cálculos. Esse valor será especificado em cada exercício.

 

Lançamento vertical para cima – Resumo teórico e equações

 

 

 

 

 

Considere um​​ corpo lançado verticalmente para cima​​ desprezando-se a resistência do ar,​​ a partir de um​​ ponto A (origem), com velocidade escalar inicial .

 

O que você deve saber, orientações e dicas

 O de tempo subida é igual ao tempo de descida.

 velocidade (de lançamento na origem é igual à mesma velocidade de chegada à origem, mas de sinal contrário​​ (-).

​​ Em​​ qualquer ponto da trajetória,​​ inclusive no ponto de altura máxima​​ onde​​ V = 0,​​ existe aceleração que é a da gravidade g.

Assim, no​​ ponto de altura máxima V = 0 e a = g.

 Em qualquer ponto da trajetória o corpo tem​​ duas velocidades de mesmo módulo, uma positiva na subida​​ e​​ uma negativa na descida.

Exercício exemplo:

(FUVEST-SP) Duas bolinhas​​ são lançadas​​ verticalmente para cima,​​ a partir de​​ uma mesma altura,​​ 

com a mesma velocidade inicial de 15​​ m/s,​​ mas num​​ intervalo de tempo de 0,5​​ s entre os lançamentos.​​ 

Despreze a resistência do ar​​ e considere​​ g​​ =​​ 10​​ .

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?

Resolução:

A​​ bolinha Q repete os mesmos movimentos de​​ P,​​ mas​​ depois de 0,5s​​ (veja gráfico​​ e esquema​​ acima) 

 

​​ Gráficos Sxt, Vxt e axt de um lançamento vertical para cima no vácuo

​​ Se o​​ corpo for lançado com Vo​​ ​​ 0​​ verticalmente para cima​​ de certa altura h do solo​​ você deve​​ 

orientar a trajetória para cima, colocar a origem da trajetória no ponto de lançamento,​​ substituir​​ 

h = Vo.t - ​​ g.t22​​ por – h​​ e resolver esta equação.

Veja​​ exemplo completo​​ no exercício abaixo:

(UFPE​​ - PE) 

Uma​​ pedra​​ é​​ lançada para cima,​​ a​​ partir do topo​​ de um​​ edifício de 60 m​​ com​​ velocidade inicial de 20 m/s.

 Desprezando a resistência do ar,​​ calcule a​​ velocidade da pedra ao atingir o solo,​​ em m/s.

Considere​​ (g = 10​​ ).

Resolução:

Orientando a​​ trajetória para cima.

 

Se você quiser aprofundar mais:

 

 

Exercícios​​ de vestibulares​​ com resoluções​​ comentadas​​ sobre lançamento vertical para cima

 

01-(UFB) 

Duas pessoas​​ encontram-se em​​ queda​​ livre​​ de uma mesma altura,​​ uma com o​​ paraquedas​​ aberto​​ e a outra com​​ ele fechado.​​ 

Quem chegará​​ primeiro ao solo,​​ se o meio for:

a)​​ o vácuo?

b)​​ o ar?

Resolução:

a)​​ Chegarão​​ juntos,​​ pois​​ não existe matéria​​ (ar),​​ retardando-os.

b)​​ A​​ pessoa​​ que está com o​​ paraquedas​​ fechado chegará primeiro,​​ pois o​​ ar retardará a pessoa com o​​ paraquedas​​ aberto,​​ devido à​​ maior área de contato com o mesmo.

 

02- (UFJF-MG) 

Um​​ astronauta​​ está na​​ superfície da Lua,​​ quando​​ solta simultaneamente duas bolas​​ maciças,​​ uma

de chumbo​​ e​​ outra de madeira,​​ de uma​​ altura de 2,0 m​​ em​​ relação à superfície.​​ 

Nes­se caso,​​ podemos afirmar​​ que:

a)​​ a​​ bola de chumbo​​ chegará ao chão​​ bem antes da bola de madeira

b)​​ a​​ bola de chumbo​​ chegará ao chão​​ bem depois da bola de madeira.

c)​​ a​​ bola de chumbo​​ chegará ao chão​​ um pouco antes da bola de madeira,​​ mas perceptivelmente antes.

d)​​ a​​ bola de chumbo​​ chegará ao chão ao​​ mesmo tempo que a bola de madeira.

e)​​ a​​ bola de chumbo​​ chegará ao chão​​ um pouco depois da bola de madeira,​​ mas perceptivelmente depois.

Resolução:

Na​​ superfície da Lua​​ o meio é o​​ vácuo​​ (ausência de matéria, de ar) e,​​ independente da massa, os corpos​​ caem​​ com a​​ mesma aceleração,​​ com a​​ mesma velocidade​​ e​​ ao mesmo tempo.​​ 

R- D

 

03- (UFSCAR-SP)

​​ 

Para​​ decidir a posse da bola​​ no​​ início de um jogo de futebol,​​ o juiz lança uma moeda verticalmente

 ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​​​ 

para cima e aguarda​​ seu retorno para a palma de sua mão.​​ 

Dos​​ esboços gráficos abaixo,​​ aquele que pode representar a​​ variação da velocidade escalar do centro de massa da moeda em função do tempo,​​ supondo desprezível a resistência do ar, é

Resolução:

Veja gráficos abaixo:

R- E

 

04- (UFAM-AM)

Um​​ estudante em pé no solo​​ arremessa um caroço de tucumã verticalmente para cima.

caroço​​ sai da mão da estudante​​ no momento em que se encontra​​ 2,00 acima do solo com velocidade de 54​​ km/h .

Desprezando qualquer efeito do ar​​ no movimento do caroço e sabendo que​​ o​​ estudante tira sua mão da trajetória do caroço,​​ podemos afirmar que a​​ distância que o caroço de tucumã percorrerá no ar antes de atingir o solo​​ será de:

a) 9,25

b) 13,25

c) 22,5

d) 24,5 m

e) 26,5

Resolução:

R- D

 

05-​​ (UNICAMP-SP)

Agência Espacial Brasileira está desenvolvendo um veículo lançador de satélites (VLS) com a

finalidade de​​ colocar satélites em órbita ao redor da Terra.​​ 

agência​​ pretende​​ lançar o VLS a partir do Centro de Lançamento de Alcântara, no Maranhão.

a)​​ Considere que, durante um lançamento, o VLS percorre uma distância de 1200 km em 800 s. 

Qual é​​ a velocidade média do VLS nesse trecho?

b) Suponha​​ que​​ no primeiro estágio do lançamento​​ o​​ VLS suba a partir do repouso com aceleração

resultante constante de módulo Considerando que​​ o primeiro estágio dura 80 s,​​ e que​​ o VLS

percorre uma distância de 32 km,​​ calcule .

Resolução:

 

06-​​ (PUC-MG) 

Uma​​ bola​​ é​​ lançada verticalmente para cima.​​ 

No​​ ponto mais alto de sua trajetória, é​​ CORRETO​​ afirmar que​​ sua velocidade e sua aceleração são​​ respectivamente:

a)​​ zero e diferente de zero.         

b)​​ zero e zero.         

c)​​ diferente de zero e zero.         

d)​​ diferente de zero e diferente de zero.

Resolução:

R- A

 

07- (FPS-Faculdade Pernambucana de Saúde​​ -​​ PE)

Uma​​ bola de tênis​​ colide com o chão​​ e​​ sobe verticalmente de uma distância de 1,25 m.​​ 

Determine o​​ intervalo de tempo que a bola permanece no ar antes de colidir novamente com o chão,​​ ou seja, o​​ tempo​​ entre​​ duas colisões subsequentes.

Desconsidere o atrito da bola com o ar considere que a​​ aceleração da gravidade​​ no local é​​ de g = 10 .

Dê sua resposta em​​ segundos.

A)​​ 0,8

B)​​ 1,0

C)​​ 1,2

D)​​ 1,6

(E)​​ 2,0

Resolução:

R- B

 

08-​​ (UERJ​​ -​​ RJ) 

Um​​ motorista, observa um​​ menino arremessando uma bola para o ar.

Suponha​​ que​​ a​​ altura​​ alcançada por essa bola, a​​ partir do ponto em que é lançada, seja de 50 cm.

A​​ velocidade, em m/s,​​ com que o​​ menino arremessa essa bola​​ pode ser​​ estimada​​ em​​ (considere​​ g​​ =​​ 10​​ ):

a)​​ 1,4

b)​​ 3,2

c)​​ 5,0

d)​​ 9,8

e)​​ 4,7

Resolução:

R- B

 

09-​​ (ENEM-MEC)

​​ 

O Super-homem e as leis do movimento

Uma das​​ razões para pensar sobre a física​​ dos​​ super-heróis é, acima de tudo, uma forma divertida de​​ explorar muitos fenômenos físicos interessantes,​​ desde​​ fenômenos corriqueiros​​ até eventos considerados fantásticos.​​ 

A​​ figura seguinte​​ mostra​​ o Super-homem​​ lançando-se no espaço​​ para chegar ao​​ topo de um prédio de altura H.​​ 

Seria​​ possível​​ admitir que com seus​​ superpoderes​​ ele estaria voando com​​ propulsão própria,​​ mas considere que ele​​ tenha dado um forte salto.

Neste caso,​​ sua​​ velocidade final no ponto mais alto do salto deve ser zero,​​ caso contrário, ele​​ continuaria subindo.​​ 

Sendo​​ g a aceleração da gravidade,​​ a​​ relação entre a velocidade inicial​​ do​​ Super-homem​​ e​​ a altura atingida​​ é dada por:​​ v2 = 2gh.

A​​ altura que o Super-homem alcança em seu salto​​ depende do​​ quadrado de sua velocidade inicial​​ porque

(A)​​ a​​ altura do seu pulo​​ é​​ proporcional à sua velocidade média​​ multiplicada pelo​​ tempo que ele permanece no ar ao quadrado.

(B)​​ o​​ tempo que ele permanece no ar​​ é​​ diretamente proporcional à aceleração da gravidade​​ e essa é​​ diretamente proporcional à velocidade.

(C)​​ o​​ tempo que ele permanece no ar​​ é​​ inversamente proporcional à aceleração da gravidade​​ e essa é​​ inversamente proporcional à velocidade média.

(D)​​ a​​ aceleração do movimento​​ deve ser​​ elevada ao quadrado,​​ pois existem​​ duas acelerações envolvidas: a aceleração da gravidade​​ e a​​ aceleração do salto.

(E)​​ a​​ altura do pulo​​ é​​ proporcional à sua velocidade média multiplicada pelo tempo que ele permanece no ar, e esse tempo​​ também depende da sua velocidade inicial.

Resolução:

São​​ fornecidos:

Veja figura abaixo:

R- E

 

10-​​ (CFT-CE) 

Da​​ janela de um apartamento,​​ uma​​ pedra​​ é lançada​​ verticalmente para cima,​​ com​​ velocidade de 20 m/s.

Resolução:

 ​​ 

11- (UFRJ​​ -​​ RJ) 

De um​​ ponto localizado a uma altura h do solo,​​ lança-se uma​​ pedra verticalmente para cima​​ num local onde​​ g​​ =​​ 10​​ .

A​​ figura a seguir​​ representa, em​​ gráfico cartesiano,​​ como a​​ velocidade escalar da pedra varia, em função do tempo,​​ entre o​​ instante do lançamento (t = 0)​​ e o​​ instante em que chega ao solo (t = 3​​ s).

a)​​ Em que​​ instante a pedra retoma ao ponto de partida?​​ Justifique sua resposta.

b)​​ Calcule​​ de que altura h, em relação ao solo,​​ a pedra foi lançada.

c)​​ Calcule a​​ altura máxima atingida pela pedra,​​ em​​ relação ao solo.

Resolução:

 

c)​​ Veja figura acima ​​  ​​ altura máxima atingida pela pedra,​​ em​​ relação ao solo ​​ ​​ H = 15 + 5

​​ H = 20 m

R- H​​ =​​ 20​​ m

 

12-​​ (Ufrs​​ -​​ RS) 

Um​​ projétil de brinquedo​​ é arremessado​​ verticalmente para cima,​​ da beira da sacada de um prédio, com uma​​ velocidade inicial de 10 m/s.

 O​​ projétil sobe livremente​​ e,​​ ao cair, atinge a​​ calçada do prédio​​ com uma​​ velocidade de módulo igual a 30 m/s.​​ 

Indique​​ quanto tempo o projétil permaneceu no ar, supondo o​​ módulo da aceleração da gravidade igual a 10​​  e​​ desprezando os efeitos de atrito​​ sobre o movimento do projétil.

a)​​ 1 s

b)​​ 2 s

c)​​ 3 s

d)​​ 4 s

e)​​ 5 s

Resolução:

Orientando a​​ trajetória para cima,​​ colocando a​​ origem da mesma no ponto de lançamento​​ e

R- D

 

13-​​ (Uerj​​ -​​ RJ) 

Numa​​ operação​​ de​​ salvamento marítimo,​​ foi​​ lançado​​ um​​ foguete sinalizador​​ que permaneceu​​ aceso durante toda sua trajetória.​​ 

Considere que​​ a​​ altura h, em metros,​​ alcançada por este foguete,​​ em relação ao nível do mar,​​ é descrita por​​ ,​​ em que​​ t é o tempo, em segundos,​​ após seu lançamento.​​ 

A​​ luz emitida pelo foguete é útil​​ apenas a​​ partir de 14 m acima do nível do mar.

O​​ intervalo de tempo,​​ em segundos,​​ no qual o foguete emite luz útil​​ é igual a:

a)​​ 3

b)​​ 4

c)​​ 5​​ 

d)​​ 6​​ 

e)​​ 7

Resolução:

R- A

 

14- (UNESP-SP) 

Para​​ deslocar tijolos,​​ é comum vermos em​​ obras de construção civil​​ um​​ operário no solo,​​ lançando tijolos​​ para outro​​ que se encontra postado​​ no piso superior.

Considerando o​​ lançamento vertical, a​​ resistência do ar nula,​​ a​​ aceleração da gravidade igual a 10​​  e a​​ distância entre a mão do lançador​​ e a​​ do receptor 3,2m,​​ a​​ velocidade​​ com que​​ cada tijolo deve ser lançado para que chegue às mãos do receptor​​ com​​ velocidade nula​​ deve ser de

a)​​ 5,2 m/s

b)​​ 6,0 m/s

c)​​ 7,2 m/s​​ 

d)​​ 8,0 m/s​​ 

e)​​ 9,0 m/s

Resolução:

R- D

 

15- (FUVEST-SP) 

Um​​ balão​​ sobe verticalmente​​ com​​ movimento uniforme​​ e,​​ 5s depois de abandonar o solo,​​ seu​​ 

piloto abandona​​ uma​​ pedra​​ que​​ atinge o solo 7s após a partida do balão.

Pede-se:​​ (g = 9,8​​ )
a)​​ a​​ velocidade ascensional​​ do​​ balão.
b)​​ a​​ altura em que foi abandonada a​​ pedra.
c)​​ a​​ altura em que se encontra o​​ balão​​ quando a​​ pedra​​ chega ao solo.

Resolução:

 

16- (FUVEST – SP)

gráfico que melhor representa, em função do tempo t, o módulo da velocidade v desse parafuso em relação ao chão do elevador é

Resolução:

R- E

 

17- (CFT-CE) 

Um​​ elevador​​ de bagagens​​ sobe​​ com​​ velocidade constante de 5​​ m/s.

Uma​​ lâmpada se desprende do teto do elevador​​ e​​ cai livremente​​ até o piso do mesmo.​​ 

A​​ aceleração​​ local​​ da gravidade é de 10​​ .​​ 

O​​ tempo de queda da lâmpada é de 0,5​​ s.​​ 

Determine a​​ altura aproximada​​ do elevador.

Resolução:

 

18- Unicamp​​ - SP) 

Um​​ malabarista​​ de circo deseja​​ ter três bolas no ar em todos os instantes.

Ele​​ arremessa​​ uma bola​​ a cada 0,40​​ s​​ (considere g​​ = 10​​ ).
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?

Resolução:

 

19-​​ (UFSCAR-SP) ​​ 

Em julho de 2009 comemoramos os 40 anos da​​ primeira viagem tripulada à Lua.

Suponha que​​ você é um astronauta​​ e que,​​ chegando à superfície lunar,​​ resolva fazer algumas brincadeiras para testar seus conhecimentos de Física.

a)​​ Você lança​​ uma pequena bolinha, verticalmente para cima, com velocidade inicial​​ Vo igual a 8 m/s.​​ 

Calcule a​​ altura máxima h​​ atingida pela bolinha,​​ medida a partir da altura do lançamento,​​ e o​​ intervalo de tempo Δt que ela demora para subir e descer,​​ retornando à altura inicial.

b)​​ Na​​ Terra,​​ você havia​​ soltado de uma mesma altura inicial um martelo​​ e​​ uma pena, tendo​​ observado que o martelo alcançava primeiro o solo.​​ 

Decide então​​ fazer o mesmo experimento na superfície da Lua, imitando o astronauta David Randolph Scott durante a missão Apollo 15, em 1971.​​ 

O​​ resultado é o mesmo que o observado na Terra? Explique o porquê.

Dados:

• Considere a​​ aceleração da gravidade na Lua​​ como sendo​​ 1,6​​ .

• Nos seus​​ cálculos mantenha somente 1​​ (uma)​​ casa após a vírgula.

Resolução:

 

 

 

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