Exercícios Resolvidos de Conservação de Energia

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Enunciado

Uma mola 1 é comprimida em 20 c m e possui constante elástica igual a 40 N / m , após ela ser liberada, ela empurra uma bola de massa 20 g . No trecho que a bola percorre livremente, a mesma dissipa uma energia igual a 0,6 J . Após esse trecho, a bola se choca contra mola 2 com constante elástica igual a 20 N / m , qual será então a sua deformação?

Passo 1

Vamos entender o que está acontecendo olhando para o desenho

Vamos começar pensando em uma coisa, se a mola 1 está inicialmente comprimida, logo ela armazena uma energia potencial elástica de acordo com a fórmula:

U e l = K ⋅ x 2 2

Que leva em consideração a constante elástica K e a deformação x em metros.

Passo 2

O que nos disse o enunciado sobre essa primeira mola? Que a deformação é igual a:

x = 20 c m

Porém precisamos que essa unidade seja passada para metros para ser aplicada na fórmula, para essa transformação basta dividir por 100 :

x = 20 100 m = 0,2 m

Outra informação é a constante elástica é igual a:

K = 40   N / m

Substituindo esses valores na fórmula da energia potencial elástica:

U e l = K ⋅ x 2 2

Teremos:

U e l = 40 ⋅ 0,2 2 2

Para começar, vamos elevaremos 0,2 ao quadrado:

U e l = 40 ⋅ 0,04 2

Multiplicando o 40 pelo 0,04 :

U e l = 1,6 2

E fazendo essa divisão encontramos

U e l = 0,8 J

Pronto, a energia potencial elástica inicial da mola 1 é igual a 0,8 J . Vamos guardar essa informação no coração. ❤

Passo 3

Se a bolinha recebe essa energia potencial elástica que irá se transformar em energia cinética, ela se movimenta e adquire velocidade, porém o enunciado nos disse que tem um trecho em que a bolinha dissipa uma energia, ou seja, ela perde essa energia.

Logo, se inicialmente ela tinha uma energia igual a 0,8 J e dissipa 0,6 J ao longo do caminho, no final ela terá:

E f i n a l = 0,8 - 0,6 = 0,2 J

E será essa e energia que nossa bolinha terá quando chegar na segunda mola.

Passo 4

Essa energia final passará da bolinha para a segunda mola, deformando a mola! Logo a mola 2 adquire uma energia igual a:

U e l 2 = 0,2 J

Uma informação dada pelo enunciado sobre essa segunda mola é sobre sua constante elástica:

K 2 = 20 N / m

Queremos saber a deformação dessa segunda mola. Substituindo na fórmula da energia potencial elástica:

U e l = K ⋅ x 2 2

Teremos:

0,2 = 20 ⋅ x 2 2 2

Passo 5

Para começar a calcular a deformação, precisamos passar o 2 para o outro lado da igualdade multiplicando:

20 ⋅ x 2 2 = 2 ⋅ 0,2

Realizando a multiplicação de 2 vezes 0,2

20 ⋅ x 2 2 = 0,4

Vamos passar agora o 20 para o outro lado dividindo:

x 2 2 = 0,4 20

Essa divisão resulta em:

x 2 2 = 0,02

Para encontrar a deformação x 2 , precisamos extrair a raiz quadrada dos dois lados da igualdade:

x 2 2 = 0,02

Que é igual a:

x 2 = 0,141 m

Prontinho, pessoal, descobrimos a deformação da segunda mola!

Resposta

0,141 m