Uma bola de beisebol de 150 g é arremessada a 20 m/s. Ela é rebatida diretamente de volta para o arremessador a 40 m/s. Qual é o valor médio da força que o bastão exerce sobre a bola? A duração da colisão é de 6,0 ms. Dica: Trate a bola de beisebol como uma partícula e a interação, como uma colisão. Selecione uma alternativa: a) 1. 200 N. B) 1. 500 N. C) 1. 800 N. D) 2. 400 N. E) 2. 600 N
Passo 1
Beleza, vamos lá! O enunciado fala sobre uma bola de beisebol que é arremessada e depois rebatida de volta. A gente precisa descobrir qual foi a força média que o bastão exerceu sobre a bola durante essa colisão. Para resolver isso, vamos usar conceitos de momento linear e impulso, que são partes da física que tratam de como a força age sobre objetos em movimento. A gente vai precisar converter algumas unidades também, como gramas para quilogramas e milissegundos para segundos.
Passo 2
Primeiro, vamos entender as informações que temos:
- Massa da bola: 150 g, que em quilogramas fica
(já que ). - Velocidade inicial da bola: 20 m/s (em direção ao arremessador).
- Velocidade final da bola: 40 m/s (de volta para o arremessador, ou seja, na direção oposta).
- Duração da colisão: 6,0 ms, que em segundos é
(pois ).
Passo 3
Agora, vamos calcular a variação da velocidade da bola. Como a bola muda de direção, a velocidade final vai ser negativa em relação à inicial:
O sinal negativo indica que a direção mudou.
Passo 4
Com a variação da velocidade, podemos achar a variação do momento linear (
) usando a fórmula:
Esse valor negativo também mostra a mudança de direção.
Passo 5
Sabemos que o impulso (
) é igual à variação do momento linear:
Queremos encontrar a força média (
), então rearranjamos a fórmula:
O sinal negativo indica a direção da força, mas como estamos interessados no valor da força, vamos considerar apenas o valor absoluto.
Resposta
A força média que o bastão exerceu sobre a bola é 1.500 N. (Alternativa B)