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Física

ITA 2027 Física — Questão 16

Em um parque de diversões, uma plataforma horizontal gira em torno de um eixo vertical fixo com velocidade angular constante ω\omega. Sobre a plataforma, a uma distância R=2,0 mR = 2{,}0\ \mathrm{m} do eixo, encontra-se um pequeno bloco de massa mm em repouso em relação à plataforma. O coeficiente de atrito estático entre o bloco e a plataforma é μe=0,40\mu_e = 0{,}40. Um pêndulo simples, de comprimento ℓ=1,0 m\ell = 1{,}0\ \mathrm{m}, está pendurado em um suporte fixo à plataforma, também a uma distância RR do eixo e permanece em equilíbrio em relação à plataforma.

Plataforma circular girando com velocidade angular ω em torno do eixo vertical; bloco m a R = 2,0 m do eixo de um lado e pêndulo de comprimento 1,0 m, inclinado de α, no suporte a R = 2,0 m do outro lado

Considerando g=10 m/s2g = 10\ \mathrm{m/s^2} e que ω\omega é aumentada lentamente a partir do repouso, analise as seguintes afirmativas:

I. O bloco começa a deslizar quando ω=2 rad/s\omega = \sqrt{2}\ \mathrm{rad/s}.

II. No referencial da plataforma, o pêndulo está em equilíbrio sob a ação do peso, da tração e da força centrífuga, fazendo um ângulo α\alpha com a vertical tal que tg⁡α=ω2R/g\operatorname{tg}\alpha = \omega^2 R/g.

III. No referencial do solo, a resultante entre a tração e o peso é não nula, dirigida horizontalmente para o eixo de rotação, fornecendo a força centrípeta da massa pendular.

IV. Quando ω=1,0 rad/s\omega = 1{,}0\ \mathrm{rad/s}, o bloco ainda está em repouso em relação à plataforma, e o ângulo do pêndulo com a vertical é tal que tg⁡α=0,2\operatorname{tg}\alpha = 0{,}2.

Estão corretas apenas as afirmativas

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00:00
Só quero ver o gabarito

Gabarito oficial do ITA 2027 Física, questão 16: alternativa B

I e III.

O que a questão pede

Aqui o ITA quer ver se você percebe que a massa do pêndulo não gira a R do eixo: inclinada para fora, ela está a R + ℓ sen α.

Por onde começar · passo 1 de 4

Ache o ω em que o bloco desliza

Que força faz o papel de resultante centrípeta do bloco, e qual o seu máximo?

O atrito estático é a resultante centrípeta: mω2R≤μemgm\omega^2R \le \mu_e mg. O deslizamento começa em ω2=μeg/R=0,40⋅10/2,0=2\omega^2 = \mu_e g/R = 0{,}40\cdot10/2{,}0 = 2, isto é, ω=2 rad/s\omega = \sqrt2\ \mathrm{rad/s}. I correta (e a massa nem entra).

A armadilha

A fórmula tg α = ω²R/g parece natural, e com ω = 1 rad/s dá tg α = 0,2. Mas o raio da trajetória da massa pendular é R + ℓ sen α, então II e IV caem juntas. Quem não nota isso marca D ou E.

Quem cai nela marca D, E.

eixoplataformabloco msuporte em Rℓ = 1,0 mαρ = R + ℓ sen αR = 2,0 m
A massa pendular se afasta do eixo: o raio do seu círculo é R + ℓ sen α, não R.

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🧭 Explicação detalhada ITA

O que a questão pede

Julgar quatro afirmativas sobre um bloco e um pêndulo numa plataforma girante. O detalhe escondido está na figura: o pêndulo se inclina para fora, então a massa pendular não gira a RR do eixo, e sim a R+ℓsen⁡αR + \ell\sen\alpha.

Antes de começar, revise

  • Resultante centrípeta
  • Atrito estático máximo
  • Referencial girante
  • Pêndulo cônico

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