UFMG – Fundamentos de Mecânica – P1 – Questão P2.1
Considere o sistema da figura ao lado. A corda e a polia possuem massas desprezíveis, a corda é inextensível e a polia não possui atrito em seu eixo. O coeficiente de atrito cinético entre o bloco de massa M e o topo da mesa é . Os blocos são liberados a partir do repouso e começam a se acelerar. Dê respostas em termos de e .
- Faça o diagrama de forças para os dois blocos, para as duas partes da corda e para a roldana e identifique os pares de ação e reação
Passo 1
Oi, tudo bem?
Essa questão parece complicada, mas vou ajudar você aqui!
O problema nos deu uma situação em que dois blocos estão ligados por um fio. Um deles está suspenso a uma altura e o outro está sobre uma mesa que oferece uma força de atrito cujo coeficiente é . O fio passa por uma roldana.
E pediu para desenharmos o diagrama de forças para cara componente: os dois blocos e as partes da corda
E para desenhar os pares ação-reação
A ideia aqui separar em três partes esse desenho e fazer o diagrama para cada parte. E no final desenhar os pares ação reação em todo desenho
Mas relaxa, vou fazer com você passo a passo! Vamos começar?
Passo 2
Vamos começar pelo bloco que está sobre a mesa? Como ele está apoiado em algum lugar (mesa) sobre ele age a força normal , que é perpendicular à mesa e está representada em roxo no desenho aqui embaixo
Outra força que temos é a força peso que aponta verticalmente para baixo e está representada em vermelho
E por fim, temos a força de atrito e a força de tração. Ambas são paralelas à mesa, mas têm sentidos opostos. E estão representadas em azul e em verde respectivamente
O diagrama de forças para esse bloco é:
Beleza? Vamos para as partes da corda?
Passo 3
A roldana tem característica de mudar a direção do fio. Ela não age diretamente no sistema (fazendo força, por exemplo), então sobre ela há ação das tensões apenas:
Na ponta esquerda da corda horizontal, a tensão atua para a esquerda, tensionando a corda, de forma que ela fica esticada. Na ponta direita, a força de tração atua para a direita, também tracionando o fio.
Da mesma forma acontece na outra parte da corda: as trações nas pontas atuam de forma a deixar o fio tensionado, sem enrugar.
Tranquilo? Vamos para o bloco que está suspenso?
Passo 4
Para o bloco que está suspenso temos apenas duas forças: a força de tração e o peso. Ambas as forças são verticais e seus sentidos são opostos:
Beleza? Você chegou a reparar nas cores? Notou que a tensão que atua no bloco suspenso tem a mesma cor que a tensão vertical da roldana no passo anterior? E que a corda tensão no bloco sobre a mesa tem a mesma cor que o pedaço horizontal da corda?
Essas duas forças agem em corpos distintos e formam um par ação e reação!
Exatamente! O fio é o mesmo! Então nesses trechos a tensão puxa os blocos, da mesma forma que os blocos puxam os pedaços de corda!
Mas calma, isso vamos ver no passo seguinte, quando vamos analisar os pares ação e reação de todo sistema!
Passo 5
Agora a figura completa, com os pares ação e reação!
Um par ação e reação é aquele em que as forças têm a mesma natureza (gravitacional, de sustentação, atrito ou tensão, por exemplo) atuam em corpos diferentes, tem módulo e direção iguais e sentidos opostos.
Vamos começar pela força peso nos blocos. A força peso é a força com que a Terra puxa os corpos em direção ao seu centro. As forças peso estão representadas em vermelho e atuam nos blocos em direção à Terra. O par reação está na Terra, e é verticalmente para cima. É a força com que os blocos puxam a Terra!
Beleza?
A força de atrito é entre o bloco de massa M e a mesa. Então a reação está na mesa! E é horizontal para a direita, sentido oposto daquele observado no bloco maior. E estão representadas em azul.
Tranquilo?
A força normal é a força de reação que a mesa faz no bloco, empurrando-o para cima. A reação a ela está na mesa! É a força que o bloco faz na mesa, empurrando-a para baixo! Esse par está na cor roxa.
Por fim temos as tensões. Representadas em verde e em amarelo, elas atuam nos blocos, da mesma forma que os blocos atuam nas cordas.
E é isso!
Espero ter ajudado!
Resposta
