Um aro de borracha com uma massa
está preso à extremidade de uma corda de comprimento
. Parte do aro é ausente e a parte existente do aro está acolchoada com um material que absorve som. O aro de borracha é lançado em direção a uma parede. Se a parede estiver a uma distância de
do aro, e o aro se mover para esta parede em linha reta a
, determine quanto tempo levará para o aro chegar à parede e com qual velocidade refletida do aro colidirá com a parede.
Passo 1
Beleza, vamos lá! Temos um aro de borracha com massa de
preso a uma corda de
. Esse aro é lançado em direção a uma parede que está a
de distância, e ele está se movendo em linha reta a
. Nosso objetivo aqui é descobrir quanto tempo o aro leva para chegar na parede e qual será a velocidade dele após colidir e refletir na parede.
Para resolver isso, vamos usar conceitos de cinemática, que é a parte da física que estuda o movimento dos objetos sem se preocupar com as causas desse movimento. Precisaremos das fórmulas que relacionam velocidade, distância e tempo.
Passo 2
Primeiro, vamos calcular quanto tempo o aro leva para chegar na parede. Para isso, usamos a fórmula básica da cinemática:
Queremos encontrar o tempo (
), então podemos rearranjar a fórmula:
Substituindo os valores que temos:
Então, o aro leva aproximadamente 1,33 segundos para chegar na parede.
Passo 3
Agora, vamos determinar com qual velocidade o aro vai colidir com a parede e como ele se comportará após a colisão.
A colisão do aro com a parede pode ser analisada considerando que a parede está fixa e muito mais resistente que o aro. Como parte do aro está acolchoada com material que absorve som, podemos supor que a colisão é inelástica, ou seja, o aro não perde energia cinética na direção do movimento, mas apenas muda sua direção.
Nesse caso, a velocidade refletida (após a colisão) do aro será igual em magnitude, mas oposta em direção à velocidade inicial. Portanto:
O sinal negativo indica que a direção da velocidade mudou, ou seja, o aro está se movendo na direção oposta após a colisão.
Resposta
O aro leva aproximadamente 1,33 segundos para chegar à parede e, após a colisão, ele reflete com uma velocidade de
, invertendo sua direção.