Exercícios Tradicionais: Leis de Newton.

Existem alguns exercícios que são comuns em todos os livros de Física. Em se tratando da Mecânica Newtoniana, quem nunca resolveu problemas envolvendo bloquinhos encostados um ao outro, blocos ligados por fios muito finos e polias de massas desprezíveis. Pois bem, neste post decidi resolver alguns desses exercícios utilizando a linguagem verbal. Esse tipo de solução muitas das vezes não é considerada pelo professor em prol do uso da linguagem formal (matemática), não quero de forma alguma dizer que a linguagem formal deva ser banida ou que a mesma é desnecessária, mas sim que em uma primeira abordagem vale a pena o uso da linguagem verbal como forma de estimular o raciocínio físico do aluno além de ser uma ótima forma de ganhar tempo na resolução de problemas, algo que faz a diferença em se tratando de concursos e vestibulares.

Problema 1 - Dada figura abaixo, determine a aceleração e a força que cada bloco exerce no outro, desconsidere a influência do atrito:

Vamos à solução do problema. Independente da linguagem a ser utilizada na solução do problema, desenhar as forças que atuam no sistema é sempre um bom começo.

 

Encontrando a aceleração: Notem que a força F=10N atua em todo o sistema ( corpo A e corpo B) , ou seja a força F=10N é responsável por fazer acelerar 5kg de massa (3kg + 2kg), isso implica que para acelerar cada kg são necessários 2N ( 10N/ 5kg = 2N/kg) . Aqui vai a grande sacada para a resolução desse tipo de problema, lembrem-se N/kg é unidade de aceleração assim como m/s². Portanto a aceleração do sistema é 2 N/kg ou 2m/s².

A força que um bloco aplica no outro: No desenho identificando as força, chamamos de F_AB a força que A faz em B e F_BA a força que B faz em A. Analisando apenas o bloco B de 2kg e sabendo que para acelerar cada kg são necessários 2N então para acelerar 2kg são necessários 4N. Como da figura a única força que atua em B na horizontal é F_AB, então esse deve ser o valor desta força.

O valor de F_BA também é 4N ou vez que F_AB e F_BA formam um par ação e reação.

Problema 2 - Dada figura abaixo, determine a aceleração, a tração na corda, desconsidere a influência do atrito.

Seguindo o passo do exercício anterior identifique as forças que atuam nos blocos. Note que os blocos estão presos por uma corda, essa corda será esticada em virtude da força F puxar os dois blocos, fazendo surgir um par de trações (conforme indicado na figura).

Encontrando a aceleração do conjunto: A força de 20N é responsável por fazer acelerar 20Kg (15kg + 5kg), logo é necessário 1N para acelerar cada kg (20N/20kg = 1N/kg), ou seja a aceleração é de 1N/kg ou 1m/s².

Determinando o valor da tração na corda: Uma boa escolha é sempre analisar o bloco que possui a menor quantidade de forças atuando, neste caso o bloco A de 15kg.

Conforme verificamos para cada kg é necessário uma força de 1N para proporcionar a aceleração encontrada para o sistema, então no bloco de 15kg está sendo aplicada uma força de 15N (15x1). Como a única força aplicada em A é a tração T, ela vale 15N.

Problema 3 - Dada figura abaixo, determine a aceleração, a tração na corda e a força que A aplica em B, desconsidere a influência do atrito:

Encontrando a aceleração: Mais uma vez desenhamos as forças atuantes e para esta situação indicamos também a possível direção do movimento. Notem que a força responsável pelo movimento e o peso do bloco C, cujo valor é dado por P_C = m_C.g = 5.10 = 50N, essa força será responsável por mover uma massa total de 10kg (3kg + 2kg + 5kg) ou seja para acelerar cada kg são necessários 5N ( 50N/10kg = 5 N/kg), logo a aceleração é 5N/kg ou 5m/s².

Determinando o valor da tração na corda: Como cada kg necessita de 5N para sofrer uma aceleração de 5N/kg isso quer dizer que o bloco C sofreu uma força total (resultante) de 25N (5x5 = 25). Como o peso de C era 50N então a tração T da corda presa a C era de -25N ( 25N – 50N = -25N). O sinal de menos indica apenas o sentido da tração, deste modo podemos dizer que o módulo da tração na corda vale 25N.

Encontrando o valor da força que A aplica em B: Analisando apenas o bloco B podemos visualizar que a única força que atua em B que influência no movimento é F_AB, logo como B possui a mesma aceleração do conjunto 5N/kg e a massa de B é 2kg podemos afirmar que a força que atua em B é de 10N ( 2 x 5 = 10), ou seja F_AB=10N. Lembre-se em todo o problema para acelerar cada kg é necessário 5N.

Espero ter descomplicado um pouco esse tipo de problema. Futuramente além de fazer aplicações da física, pretendo resolver alguns problemas tradicionais que ainda dificulta a vida de muita gente.