Ciências da Natureza e suas Tecnologias
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Pregunta de Ciências da Natureza e suas Tecnologias #019e5bea

Enunciado de la Pregunta
Ciências da Natureza e suas Tecnologias
#Mecânica
Medio

Uma academia decide trocar gradualmente seus aparelhos de musculação. Agora, os frequentadores que utilizam os aparelhos do tipo 1 podem também utilizar os aparelhos do tipo 2, representados na figura, para elevar cargas correspondentes às massas M1 e M2, com velocidade constante. A fim de que o exercício seja realizado com a mesma força F, os usuários devem ser orientados a respeito da relação entre as cargas nos dois tipos de aparelhos, já que as polias fixas apenas mudam a direção das forças, enquanto a polia móvel divide as forças. Em ambos os aparelhos, considere as cordas inextensíveis, as massas das polias e das cordas desprezíveis e que não há dissipação de energia.

Desenho esquemático de dois sistemas de polias. No primeiro, uma corda passa por uma polia fixa no teto e sustenta uma carga $M_1$. No segundo, uma corda passa por uma polia fixa no teto, depois por uma polia móvel que sustenta uma carga $M_2$, e a extremidade da corda é presa no teto. As forças $F$ aplicadas nas cordas são indicadas.

Para essa academia, qual deve ser a razão $\frac{M_2}{M_1}$ informada aos usuários?

A

B

C

D

Correcto
E

Explicación Oficial / Explicaciones de la Comunidad

A questão aborda o uso de polias fixas e móveis para elevar cargas com velocidade constante, ou seja, em equilíbrio dinâmico. No primeiro aparelho (tipo 1), há uma polia fixa que apenas muda a direção da força. Assim, a força necessária para levantar a carga é igual ao peso de : . No segundo aparelho (tipo 2), há uma polia fixa e uma polia móvel. A polia móvel divide a força: a força aplicada na corda é metade do peso total sustentado pela polia móvel. Como a polia móvel sustenta a carga , a força na corda que passa pela polia móvel é . Essa força é transmitida pela polia fixa, de modo que . Igualando as duas expressões para : . Portanto, a razão é . As demais alternativas estão incorretas: e subestimam a relação, ignora o efeito da polia móvel, e superestima.