Fundamentos de Física – Halliday e Resnick. 9° Ed. Volume 1. Seção 8.7, Questão 42.
Um operário empurra um caixote de , com velocidade constante, por , ao longo de um piso plano, com uma força orientada abaixo da horizontal. Se o coeficiente de atrito cinético entre o bloco e o piso é , quais são (a) o trabalho realizado pelo operário e (b) o aumento da energia térmica do sistema bloco-piso?
Passo 1
A figura abaixo ilustra as forças que agem sobre o bloco:
Sendo as forças que agem na horizontal apenas a componente horizontal da força exercida pelo operário e a força de atrito contrária ao movimento do bloco, já que o bloco se movimenta com aceleração , aplicando a equação de equilíbrio, teremos:
(1)
Em relação as forças verticais, temos a componente vertical da força exercida pelo operário , a força peso e a força de reação normal ao piso , desta forma, teremos:
(2)
Isolando em (1)
E substituindo em (2) temos
Para , ,
O trabalho realizado sobre uma partícula por uma força constante é dado por:
Desta forma, aplicando esta equação, encontramos o trabalho realizado pelo operário sobre o bloco:
Passo 2
b) O aumento de energia térmica é dado por:
Isolando o valor de da equação (1)
Sabendo que ,
Substituímos na equação do aumento de energia térmica
Resposta
a)
b)