Um bloco de 263 g é deixado cair sobre uma mola vertical de constante elástica
(Fig. 20). O bloco aderese à mola, que ele comprime
antes de parar momentaneamente. Enquanto a mola está sendo comprimida, qual é o trabalho realizado (a) pela força da gravidade e (b) pela mola? © Qual era a velocidade do bloco exatamente antes de se chocar com a mola? (d) Se esta velocidade inicial do bloco for duplicada, qual será a compressão máxima da mola? Ignore o atrito
Passo 1
Beleza, vamos entender o que o exercício tá pedindo. Temos um bloco de 263 g que cai sobre uma mola vertical com uma constante elástica de
. Quando o bloco aperta a mola, ela comprime 11,8 cm antes de parar. Precisamos calcular:
a) O trabalho feito pela força da gravidade durante a compressão da mola.
b) O trabalho feito pela força da mola.
c) A velocidade do bloco exatamente antes de tocar a mola.
d) A nova compressão máxima da mola se a velocidade inicial do bloco for duplicada.
Vamos usar conceitos de energia mecânica, trabalho das forças envolvidas e relações entre força, deslocamento e energia cinética.
Passo 2
Primeiro, vamos converter todas as unidades para o Sistema Internacional (SI) para facilitar nossos cálculos.
- Massa do bloco (
): 263 g = 0,263 kg - Constante elástica da mola (
): (porque ) - Compressão da mola (
): 11,8 cm = 0,118 m
Passo 3
a) Trabalho realizado pela força da gravidade
O trabalho (
) feito pela gravidade quando o bloco comprime a mola �� dado por:
Onde:
-
-
(aceleração da gravidade) -
Então:
Passo 4
b) Trabalho realizado pela força da mola
O trabalho (
) feito pela mola é a energia potencial elástica armazenada quando a mola é comprimida:
Substituindo os valores:
Passo 5
c) Velocidade do bloco antes de se chocar com a mola
Quando o bloco se aproxima da mola, sua energia cinética (
) será igual à energia potencial elástica da mola mais o trabalho feito pela gravidade:
Resolvendo para
:
Passo 6
d) Compressão máxima da mola com velocidade inicial duplicada
Se a velocidade inicial for duplicada,
. Vamos encontrar a nova compressão
.
A nova energia cinética será:
Então:
Agora, igualamos a nova energia cinética à energia potencial elástica da mola:
Resposta
a) O trabalho realizado pela força da gravidade é aproximadamente 0,304 J.
b) O trabalho realizado pela mola é aproximadamente 1,754 J.
c) A velocidade do bloco exatamente antes de se chocar com a mola é aproximadamente 3,96 m/s.
d) Se a velocidade inicial do bloco for duplicada, a compressão máxima da mola será aproximadamente 25,5 cm.