Quando um peso grande é suspenso por um fio no limite de sua elasticidade, puxando-se o fio suavemente pode-se levantar o peso; porém, se você puxar bruscamente, o fio se rompe. Explique isso usando as leis de Newton do movimento.
Passo 1
Vamos resumir o exercício: temos um peso grande suspenso por um fio que está no limite de sua elasticidade. Se puxarmos o fio suavemente, conseguimos levantar o peso, mas se puxarmos bruscamente, o fio se rompe. Vamos resolver isso usando as leis do movimento de Newton. Precisaremos entender as leis de Newton e como elas se aplicam às forças envolvidas.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar das leis de Newton. A primeira lei de Newton fala sobre o estado de repouso ou movimento constante, a segunda lei relaciona força, massa e aceleração, e a terceira lei fala sobre ação e reação. Para esse exercício, vamos focar principalmente na segunda e terceira leis.
Passo 3
Quando o peso está suspenso e em equilíbrio, a força que o fio exerce para cima, chamada de tensão (
), equilibrada com o peso (
) do objeto. Isso está de acordo com a primeira lei de Newton, pois não há aceleração.
Onde:
-
é a massa do peso -
é a aceleração da gravidade
Passo 4
Agora, quando puxamos o fio suavemente, estamos aplicando uma força adicional que cria uma aceleração para cima. De acordo com a segunda lei de Newton:
Aqui,
é a força resultante que está sendo aplicada além da tensão inicial. Como a força é controlada e não muito alta, a tensão no fio aumenta um pouco, mas não chega a exceder o limite de elasticidade do fio. Assim, o peso é levantado sem romper o fio.
Passo 5
Por outro lado, se puxarmos o fio bruscamente, estamos aplicando uma força muito grande em um curto período de tempo. Segundo a segunda lei de Newton, isso gera uma aceleração muito alta:
A força aplicada rapidamente excede a capacidade de resistência do fio. Além disso, pela terceira lei de Newton, a ação de puxar o fio com muita força gera uma reação igual e oposta que o fio não consegue suportar, levando ao rompimento.
Resposta
Então, ao puxar o fio suavemente, a força aplicada é controlada e dentro da capacidade do fio, permitindo levantar o peso. Já ao puxar bruscamente, a força excede a resistência do fio, fazendo com que ele se rompa.