Enunciado
Física - Física para Cientistas e Engenheiros - Mecânica, Oscilações e Ondas, Termodinâmica: Volume 1 - 6ª Edição - Mosca, Tripler- Ed: 6º - Capítulo 5.1 - Ex. 16
Um bloco escorrega sobre uma superfície sem atrito ao longo do trilho de perfil circular da figura a. O movimento do bloco é rápido o suficiente para impedir que ele perca contato com o trilho. Relacione os pontos ao longo do caminho com os respectivos diagramas de corpo livre da figura b.
Passo 1
Olá, querido! Ele diz que o objeto faz um movimento circular numa superfície sem atrito (não vamos ter força de atrito).
Só tem duas forças em jogo aqui: a força gravitacional porque esse carinha tem massa, e a força normal entre o bloco e o trilho. O peso sempre é para baixo, e a normal sempre é perpendicular ao trilho.
Ainda tem outra coisa pra lembrar: as forças têm que se somar para formar uma resultante que tem uma componente centrípeta. Ou seja, a resultante deve ter uma componente que aponta para o centro do círculo, para que o objeto não saia da trajetória circular.
A partir dessas duas coisas, vamos lá analisar cada ponto!
Passo 2
Vamos olhar para o ponto A. A força gravitacional precisa apontar para baixo e perpendicularmente ao trilho.
E como aponta para baixo, a única forma de termos uma componente da nossa força resultante apontando para o centro da trajetória é se a força normal apontar para dentro do circulo.
Ficamos assim:
Esse é o diagrama 3.
Passo 3
Olhando para B, a força peso precisa estar para baixo e precisa ser normal ao trilho.
A gente precisa que a resultante tenha uma componente apontando para o centro do circulo, então vamos colocar apontando para dentro do circulo:
E percebe uma coisa. A gente PRECISA ter uma resultante para dentro do circulo. Então precisa ser maior que , para que a força resultante esteja no sentido de .
Isso aparece no diagrama 4.
Passo 4
Aqui na C temos uma situação muito parecida com a A. A força peso aponta para baixo. E a normal (sempre perpendicular ao trilho) deve apontar para dentro do circulo para que haja componente da resultante apontando para o centro dele.
Isso aparece no diagrama 5.
Passo 5
Por fim, temos que no ponto D, a força peso aponta para baixo (sempre) e a normal precisa também apontar para dentro do circulo.
Como a normal é perpendicular ao trilho e aponta para dentro do circulo, ela vai apontar para baixo nesse caso.
Desse modo há tranquilamente uma componente da resultante apontando para o centro do circulo pois as duas forças apontam para baixo.
Isso acontece no diagrama 2.
Resposta
A-3; B-4; C-5; D-2