Uma menina de massa 40,0 kg e um trenó de massa 8,0 kg estão separados por uma distância de 15,0 m, na superfície de um lago congelado. A menina, ao puxar o trenó em sua direção por meio de uma corda, exerce sobre ele uma força de 4,0 N. (Suponha que o atrito com o lago seja desprezível)
(0,5 pontos) Apresente o diagrama de forças para a menina e para o trenó

Passo 1

Então, vamos lá! A questão fala sobre uma menina puxando um trenó em um lago congelado. A menina tem uma massa de 40,0 kg e o trenó 8,0 kg. Ela aplica uma força de 4,0 N para puxar o trenó, e o atrito com o lago é desprezível. Vamos precisar entender as forças que atuam tanto na menina quanto no trenó para montar os diagramas de forças de cada um.

Passo 2

Primeiro, vamos pensar nas forças que atuam na menina. Ela está puxando o trenó com uma força de 4,0 N. De acordo com a terceira lei de Newton, toda ação tem uma reação igual e oposta. Então, o trenó exerce uma força de 4,0 N de volta na menina, na direção oposta.

Passo 3

Além dessas forças de puxar, a menina também está sujeita à força da gravidade puxando-a para baixo e à força normal da superfície do gelo empurrando-a para cima. A força da gravidade é calculada pela fórmula:
Fg = m times g
onde m é a massa e g é a aceleração da gravidade ( 9,8 m/s^2). Então, para a menina:
Fg = 40,0 kg times 9,8 m/s^2 = 392 N

Passo 4

Agora, vamos para o trenó. O trenó está sendo puxado pela força de 4,0 N que a menina aplica. Como o atrito é desprezível, a única outra força atuando no trenó é a força de reação da corda, que também é 4,0 N, mas na direção oposta.

Passo 5

Assim, resumindo as forças:
  • Menina:
    • Força para a frente: 4,0 N (puxando o trenó)
    • Força para trás: 4,0 N (reação do trenó)
    • Força para baixo: 392 N (gravidade)
    • Força para cima: 392 N (força normal do gelo)
  • Trenó:
    • Força para a frente: 4,0 N (puxada da corda pela menina)
    • Força para trás: 4,0 N (reação da corda)

Resposta

Os diagramas de forças são:
  • Menina:
    • Uma força de 4,0 N puxando para frente.
    • Uma força de 4,0 N puxando para trás.
    • A força da gravidade de 392 N para baixo.
    • A força normal de 392 N para cima.
  • Trenó:
    • Uma força de 4,0 N puxando para frente.
    • Uma força de 4,0 N puxando para trás.

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