10 - (Ufjf-MG) Durante uma partida de futebol, um jogador, percebendo que o goleiro do time adversário está longe do gol, resolve tentar um chute de longa distância (vide figura). O jogador se encontra a 40 m do goleiro. O vetor velocidade inicial da bola tem módulo V0=26 m / s e faz um ângulo de 25^circ com a horizontal, como mostra a figura a seguir. Desprezando a resistência do ar, considerando a bola pontual e usando cos 25^circ=0,91, sen 25^circ=0,42 e g=10 m / s^2 :
b) Saltando com os braços esticados, o goleiro pode atingir a altura de 3,0 m.
Ele consegue tocar a bola quando ela passa sobre ele? Justifique.

Passo 1

Vamos entender o que está acontecendo nessa questão. Temos um jogador de futebol que chuta a bola com uma velocidade inicial de formando um ângulo de com a horizontal. A distância entre o jogador e o goleiro é de 40 metros. O goleiro pode estender os braços e alcançar uma altura de 3,0 metros. Nosso objetivo é descobrir se a bola passará por uma altura que o goleiro consegue atingir quando ela chegar até ele. Para resolver isso, vamos usar os conceitos de movimento projetado na física, considerando as componentes horizontal e vertical da velocidade inicial.

Passo 2

Primeiro, vamos separar a velocidade inicial da bola nas suas componentes horizontal e vertical. Usamos as funções trigonométricas seno e cosseno para isso.
A componente horizontal da velocidade ( V0x = V0 cdot cos(theta) ) é dada por:
V0x = 26 , m/s times 0,91 = 23,66 , m/s
Substituindo os valores:
V0y = V0 cdot sin(theta)
A componente vertical da velocidade ( V0y = 26 , m/s times 0,42 = 10,92 , m/s ) é dada por:
Substituindo os valores:

Passo 3

Agora, vamos calcular o tempo que a bola leva para percorrer os 40 metros até o goleiro. Como não há aceleração na direção horizontal (desprezando a resistência do ar), o tempo ( t = distânciavelocidade horizontal ) pode ser calculado pela fórmula:
t = 40 , m23,66 , m/s approx 1,69 , s â
Substituindo os valores:

Passo 4

Com o tempo que a bola leva para chegar ao goleiro, podemos determinar a altura que a bola alcança nesse instante. A altura ( h = V0y cdot t - 12 g t^2 ) em função do tempo no movimento vertical é dada por:
h = 10,92 , m/s times 1,69 , s - 12 times 10 , m/s^2 times (1,69 , s)^2
Onde h = 18,468 , m - 14,28 , m é a aceleração da gravidade.
Substituindo os valores:
h approx 4,19 , m

Passo 5

Agora, sabemos que a bola estará a aproximadamente 4,19 metros de altura quando chegar ao goleiro. O goleiro consegue tocar a bola até uma altura de 3,0 metros. Como 4,19 m > 3,0 m, a bola passará acima da altura máxima que o goleiro pode alcançar.

Resposta

Não, o goleiro não consegue tocar a bola quando ela passa sobre ele, já que a bola estará a aproximadamente 4,19 metros de altura, o que é maior que os 3,0 metros que o goleiro pode alcançar.

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