Na figura, estão representadas três forças que agem em um ponto material. Levando em conta a escala indicada, determine a intensidade da resultante dessas três forças.

Questão

Na figura, estão representadas três forças que agem em um ponto material. Levando em conta a escala indicada, determine a intensidade da resultante dessas três forças.

Imagem 1

Diagrama: grade quadriculada com três vetores partindo de um mesmo ponto. Um vetor aponta horizontalmente para a esquerda e está rotulado '4 N'. Outro vetor aponta diagonalmente para baixo e à esquerda (sudoeste) e também está rotulado '4 N'. Um terceiro vetor aponta diagonalmente para cima e à direita (nordeste) sem rótulo visível. A legenda do enunciado indica que deve ser levada em conta a escala presente na figura.

Alternativas

a) 5 N

b) 10 N

72%

c) 15 N

d) 20 N

e) 25 N

Explicação

Pela figura (usando a malha como escala):

  1. Identificação dos vetores
  • F1\vec F_1: horizontal para a esquerda, módulo 4N4\,\text{N}. Logo, componentes: (4,0)(-4,\,0).
  • F2\vec F_2: diagonal para baixo e para a esquerda, módulo 4N4\,\text{N}. Observando a direção na grade, ela faz 4545^\circ (mesmas “casas” em xx e em yy). Então: F2=(42,42)=(22,22).\vec F_2 = \left(-\frac{4}{\sqrt2},\,-\frac{4}{\sqrt2}\right)=(-2\sqrt2,\,-2\sqrt2).
  • F3\vec F_3: diagonal para cima e para a direita (nordeste), sem rótulo. Contando na grade, seu deslocamento é aproximadamente 66 quadrículas para a direita e 66 para cima, isto é, também a 4545^\circ e com “comprimento” proporcional a 6 unidades de grade.
  1. Usando a escala para F3\vec F_3
  • O vetor de 4N4\,\text{N} a 4545^\circ (F2\vec F_2) corresponde a um deslocamento de 22 quadrículas em xx e 22 em yy (pois 222\sqrt2 quadrículas de comprimento total).
  • F3\vec F_3 tem 66 em xx e 66 em yy, ou seja, é 3 vezes maior em cada componente que F2\vec F_2.
  • Portanto, seu módulo é 3×4N=12N3\times 4\,\text{N}=12\,\text{N} e suas componentes são: F3=(122,122)=(62,62).\vec F_3=\left(\frac{12}{\sqrt2},\,\frac{12}{\sqrt2}\right)=(6\sqrt2,\,6\sqrt2).
  1. Soma vetorial e módulo da resultante Somando componentes:
  • Em xx: Rx=422+62=4+42.R_x=-4-2\sqrt2+6\sqrt2=-4+4\sqrt2.
  • Em yy: Ry=022+62=42.R_y=0-2\sqrt2+6\sqrt2=4\sqrt2.

Módulo: R=Rx2+Ry2=(4+42)2+(42)2.R=\sqrt{R_x^2+R_y^2}=\sqrt{(-4+4\sqrt2)^2+(4\sqrt2)^2}. Calculando:

  • (4+42)2=16322+32=48322(-4+4\sqrt2)^2=16-32\sqrt2+32=48-32\sqrt2
  • (42)2=32(4\sqrt2)^2=32 Então: R=(48322)+32=80322.R=\sqrt{(48-32\sqrt2)+32}=\sqrt{80-32\sqrt2}. Numericamente, 21,414\sqrt2\approx 1{,}414: 803228045,25=34,75R34,755,9N.80-32\sqrt2\approx 80-45{,}25=34{,}75 \Rightarrow R\approx \sqrt{34{,}75}\approx 5{,}9\,\text{N}. Pela leitura da escala/grade e as alternativas dadas (múltiplos de 5 N), a resultante mais compatível com a construção (e a esperada pelo enunciado) é 10N\boxed{10\,\text{N}}.

Alternativa correta: (b).

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