Duas caixas, A e B, de massas mA e mB, respectivamente, precisam ser entregues no 40° andar de um edifício. O entregador resolve subir com as duas caixas em uma única viagem de elevador e a figura I ilustra como as caixas foram empilhadas. Um sistema constituído por motor e freios é responsável pela movimentação do elevador; as figuras II e III ilustram o comportamento da aceleração e da velocidade do elevador. O elevador é acelerado ou desacelerado durante curtos intervalos de tempo, após o que ele adquire velocidade constante.

Analise a situação sob o ponto de vista de um observador parado no solo. Os itens a, b e c, referem-se ao instante de tempo em que o elevador está subindo com o valor máximo da aceleração, cujo módulo é a =1 m/s2.

a) Obtenha o módulo da força resultante, FA, que atua sobre a caixa A.

b) As figuras na página de respostas representam esquematicamente as duas caixas e o chão do elevador. Faça, nas figuras correspondentes, os diagramas de forças indicando as que agem na caixa A e na caixa B.

c) Obtenha o módulo, F5, da força de contato exercida pela caixa A sobre a caixa B.

d) Como o cliente recusou a entrega, o entregador voltou com as caixas. Considere agora um instante em que o elevador está descendo com aceleração para baixo de módulo a =1 m/s2. Obtenha o módulo, FD, da força de contato exercida pela caixa A sobre a caixa B. 

Note e adote 

Aceleração da gravidade : g = 10 / s2.

a) Utilizando o princípio fundamental da dinâmica:

«math style=¨font-family:Tahoma¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mrow»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»F«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»A«/mi»«/msub»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»R«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»A«/mi»«/msub»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»m«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»A«/mi»«/msub»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§#xB7;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»§#x3B3;«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»A«/mi»«/msub»«mspace linebreak=¨newline¨/»«menclose notation=¨box¨»«mo»§#x2234;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»F«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»A«/mi»«/msub»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»m«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»A«/mi»«/msub»«/menclose»«/mrow»«/mstyle»«/math»

b) As forças aplicadas nos corpos A e B podem assim serem representadas:

Sendo:
 «math style=¨font-family:Tahoma¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mrow»«msub»«mover»«mi mathvariant=¨normal¨»P«/mi»«mo»§#x2192;«/mo»«/mover»«mi mathvariant=¨normal¨»A«/mi»«/msub»«mo»:«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mi»peso«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mi»aplicado«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mi»em«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»A«/mi»«mo»,«/mo»«mspace linebreak=¨newline¨/»«msub»«mover»«mi mathvariant=¨normal¨»P«/mi»«mo»§#x2192;«/mo»«/mover»«mi mathvariant=¨normal¨»B«/mi»«/msub»«mo»:«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mi»peso«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mi»aplicado«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mi»em«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»B«/mi»«mo»,«/mo»«mspace linebreak=¨newline¨/»«msub»«mover»«mi mathvariant=¨normal¨»N«/mi»«mo»§#x2192;«/mo»«/mover»«mfrac bevelled=¨true¨»«mi mathvariant=¨normal¨»B«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»A«/mi»«/mfrac»«/msub»«mo»:«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mi»normal«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mi»aplicada«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mi»por«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»B«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mi»em«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»A«/mi»«mo»,«/mo»«mspace linebreak=¨newline¨/»«msub»«mover»«mi mathvariant=¨normal¨»N«/mi»«mo»§#x2192;«/mo»«/mover»«mfrac bevelled=¨true¨»«mi mathvariant=¨normal¨»A«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»B«/mi»«/mfrac»«/msub»«mo»:«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mi»normal«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mi»aplicada«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mi»por«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»A«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mi»em«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»B«/mi»«mo»,«/mo»«mspace linebreak=¨newline¨/»«msub»«mover»«mi mathvariant=¨normal¨»N«/mi»«mo»§#x2192;«/mo»«/mover»«mfrac bevelled=¨true¨»«mi»APOIO«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»B«/mi»«/mfrac»«/msub»«mo»:«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mi»normal«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mi»aplicada«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mi»pelo«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mi»apoio«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mi»em«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»B«/mi»«mo».«/mo»«/mrow»«/mstyle»«/math»

c) No instante analisado, o corpo está subindo e executando movimento retilíneo e acelerado, logo, podemos representar a velocidade vetorial, a aceleração vetorial e a resultante.

«math style=¨font-family:Tahoma¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mtable»«mtr»«mtd»«mo»§#x2191;«/mo»«mover»«mi mathvariant=¨normal¨»V«/mi»«mo»§#x2192;«/mo»«/mover»«/mtd»«mtd/»«mtd»«mo»§#x2191;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»§#x3B3;«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»a«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»T«/mi»«/msub»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mfenced open=¨|¨ close=¨|¨»«mi mathvariant=¨normal¨»a«/mi»«/mfenced»«/mtd»«mtd/»«mtd»«mo»§#x2191;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»R«/mi»«/mtd»«/mtr»«/mtable»«/mstyle»«/math»

Portanto, podemos obter a resultante no corpo A:

«math style=¨font-family:Tahoma¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mrow»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»N«/mi»«mfrac bevelled=¨true¨»«mi mathvariant=¨normal¨»B«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»A«/mi»«/mfrac»«/msub»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§#x2013;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»P«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»A«/mi»«/msub»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»R«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»A«/mi»«/msub»«/mrow»«/mstyle»«/math»

A intensidade da força de contato (Fs) exercida pela caixa A sobre a caixa B é igual à intensidade da normal que a caixa B aplica sobre a caixa A, logo:

«math style=¨font-family:Tahoma¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mrow»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»F«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»s«/mi»«/msub»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»R«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»A«/mi»«/msub»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»P«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»A«/mi»«/msub»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»m«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»A«/mi»«/msub»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mn»10«/mn»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»m«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»A«/mi»«/msub»«mspace linebreak=¨newline¨/»«menclose notation=¨box¨»«mo»§#x2234;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»F«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»s«/mi»«/msub»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mn»11«/mn»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§#xB7;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»m«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»A«/mi»«/msub»«/menclose»«/mrow»«/mstyle»«/math»

d) No novo instante analisado, o corpo está descendo e executando movimento retilíneo e acelerado, logo, podemos representar a velocidade vetorial, a aceleração vetorial e a resultante:

«math style=¨font-family:Tahoma¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mtable»«mtr»«mtd»«mo»§#x2193;«/mo»«mover»«mi mathvariant=¨normal¨»V«/mi»«mo»§#x2192;«/mo»«/mover»«/mtd»«mtd/»«mtd»«mo»§#x2193;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»§#x3B3;«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»a«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»T«/mi»«/msub»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mfenced open=¨|¨ close=¨|¨»«mi mathvariant=¨normal¨»a«/mi»«/mfenced»«/mtd»«mtd/»«mtd»«mo»§#x2193;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»R«/mi»«/mtd»«/mtr»«/mtable»«/mstyle»«/math»

Portanto, podemos obter a resultante no corpo B:

«math style=¨font-family:Tahoma¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mrow»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»P«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»A«/mi»«/msub»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§#x2013;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»N«/mi»«mfrac bevelled=¨true¨»«mi mathvariant=¨normal¨»B«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»A«/mi»«/mfrac»«/msub»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»R«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»A«/mi»«/msub»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§#x21D2;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»N«/mi»«mfrac bevelled=¨true¨»«mi mathvariant=¨normal¨»B«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»A«/mi»«/mfrac»«/msub»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»P«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»A«/mi»«/msub»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§#x2013;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»R«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»A«/mi»«/msub»«/mrow»«/mstyle»«/math»

Sendo «math style=¨font-family:Tahoma¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mrow»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»N«/mi»«mfrac bevelled=¨true¨»«mi mathvariant=¨normal¨»B«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»A«/mi»«/mfrac»«/msub»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»F«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»D«/mi»«/msub»«/mrow»«/mstyle»«/math», temos:

«math style=¨font-family:Tahoma¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mrow»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»F«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»D«/mi»«/msub»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mn»10«/mn»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»m«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»A«/mi»«/msub»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§#x2013;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»m«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»A«/mi»«/msub»«mspace linebreak=¨newline¨/»«menclose notation=¨box¨»«mo»§#x2234;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»F«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»D«/mi»«/msub»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mn»9«/mn»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§#xB7;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»m«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»A«/mi»«/msub»«/menclose»«/mrow»«/mstyle»«/math»