Enunciado
Física - Física para Cientistas e Engenheiros - Mecânica, Oscilações e Ondas, Termodinâmica: Volume 1 - 6ª Edição - Mosca, Tripler- Ed: 6º - Capítulo 4.1 - Ex. 63
(a) Desenhe o diagrama de corpo livre (com as magnitudes relativas de forças tornadas evidentes) para um objeto que está pendurado por uma corda do teto de um elevador que sobre freando. (b) Repita a Parte (a) para a situação em que o elevador está descendo e aumentando a rapidez. (c) Você pode mostrar a diferença entre os dois diagramas? Explique por que os diagramas não dizem nada sobre a velocidade do objeto.
Passo 1
Oi pessoal, tudo bem? Vamos analisar essa questão. Ele quer o diagrama de corpo livre para duas situações onde um objeto está pendurado dentro de um elevador.
Quando a gente pensa em problemas de elevador, é sempre importante associar que a aceleração do elevador e de um objeto em repouso dentro dele serão iguais.
E dentro disso, lembrar da segunda lei de Newton:
E o que essa equaçãozinha fofa nos diz? Dentre muitas coisas, ela diz que o sentido da aceleração do objeto é o mesmo da força resultante sobre ele.
Depois de pensar nessas coisinhas, vamos entrar nos itens. Bora!
Passo 2
a) O objeto está preso no teto do elevador por uma cordinha. Se tem cordinha, então tem uma força nessa cordinha que mantém o objeto preso, que chamamos tensão . E se o objeto tem massa, ele vai estar sob ação da gravidade, ou seja, há força peso puxando ele para baixo.
Mas ele está dentro do elevador. E o elevador sobe freando. Ou seja, há uma aceleração sobre ele apontando para baixo (para reduzir a velocidade dele que está para cima, né?).
Se a aceleração do elevador está para baixo, a aceleração do objeto também vai estar. E vimos que pela segunda lei de Newton, se a aceleração sobre o objeto está para baixo, a força resultante sobre ele também deve estar.
E se a força resultante está para baixo, significa que a força que está para cima é menor do que a força que está para baixo. Ou seja, no nosso diagrama, vai aparecer maior que . Fica assim:
Note que a força peso é maior que a tensão na corda. Isto se dá justamente porque a força resultante está para baixo.
Passo 3
b) Quando o elevador está descendo e acelerando, o mesmo acontece. Temos uma aceleração para baixo aumentando a velocidade do elevador nesse sentido. Se a aceleração está para baixo, essa vai ser a aceleração do objeto, e sua força resultante também estará nesse sentido.
Por isso teremos a mesma situação no diagrama de forças, a força que está para baixo deve ser maior para representar que a força resultante sobre esse objeto está para baixo.
Passo 4
c) Não há diferença. Nos dois casos a aceleração é para baixo. E assim, a força resultante também está para baixo, fazendo com que .
Os diagramas não dizem nada sobre a velocidade do objeto porque apesar de as acelerações serem iguais, fazendo com que os diagramas sejam iguais, em um caso o elevador sobe (velocidade para cima), e no outro o elevador desce (velocidade para baixo).
Se o diagrama mostrasse algo sobre a velocidade, eles não poderiam ser iguais como são.
Resposta
a) e b) 
c) Não há diferença entre os diagramas. Se o diagrama mostrasse algo sobre a velocidade, eles não poderiam ser iguais como são, pois em um caso a velocidade está para cima e no segundo caso a velocidade está para baixo.