Numa passagem de dança de salão, a parceira de massa m = 54 kg descreve uma trajetória circular de raio r =…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Experimentar e fruir exercícios físicos que solicitem diferentes capacidades físicas, identificando seus tipos (força, velocidade, resistência, flexibilidade) e as sensações corporais provocadas pela sua prática.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Numa passagem de dança de salão, a parceira de massa m = 54 kg descreve uma trajetória circular de raio r = 0,75 m com velocidade tangencial v = 1,80 m/s relativa ao eixo do par. Calcule o módulo da força centrípeta F_c e a velocidade angular ?. Explique, com cálculos e argumentos físicos, por que a força centrípeta não realiza trabalho médio sobre a parceira, indicando que outras forças ou mecanismos musculares podem consumir potência.
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
Cálculos: ? = v/r = 1,80/0,75 = 2,40 rad/s. Força centrípeta: F_c = m·v²/r = 54·(1,80)²/0,75 = 54·3,24/0,75 = 54·4,32 = 233,28 N ˜ 233 N. Física: a força centrípeta atua radialmente, perpendicular à velocidade tangencial em todo instante; trabalho elementar dW = F·ds·cos? com ? = 90° ? dW = 0, portanto a força centrípeta não realiza trabalho médio nem transfere energia cinética à parceira. Apesar disso, os músculos do par (e forças de contato) realizam trabalho interno para manter postura, produzir pequenas correções e vencer perdas por atrito e resistência do ar; esses mecanismos exigem potência metabólica. Em uma resposta completa, discuta também que forças tangenciais (por exemplo empurrões do parceiro) podem realizar trabalho e mudar a energia cinética, contrastando com a ação puramente radial da força centrípeta.
Explicação
A força centrípeta é sempre perpendicular à direção do movimento, o que resulta em um trabalho igual a zero, já que o cosseno de 90 graus é zero. Embora a força centrípeta não altere a energia cinética da parceira, os músculos e outras forças podem realizar trabalho para manter a postura e corrigir a trajetória, consumindo energia. Além disso, forças tangenciais podem atuar para modificar a velocidade e a energia cinética do sistema.
Raio-X da questão
força centrípeta e trabalho
avaliacao
força centrípeta · movimento circular
Revisar conceitos de força centrípeta e trabalho em física.
O aluno pode confundir a força centrípeta com outras forças, como a força de atrito, e não entender que a força centrípeta não realiza trabalho sobre o corpo em movimento circular.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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