Uma bola de bilhar, de massa igual a 200 g , colide contra o anteparo lateral da mesa de bilhar. O módulo da velocidade da bola no momento da colisão é de
e o ângulo com a reta normal ao ponto de incidência no anteparo vale
. Sabendo-se que o tempo de contato da bola com o anteparo foi de 8 ms , qual o módulo da força média exercida pelo anteparo sobre a bola supondo que o choque seja perfeitamente elástico?
Passo 1
Beleza, vamos entender o que a questão está pedindo. Temos uma bola de bilhar que bate na lateral da mesa. A massa dela é de 200 gramas (ou 0,2 kg), a velocidade antes da colisão é de 2 metros por segundo, e o ângulo com a reta normal é de 60 graus. O tempo de contato com o anteparo foi de 8 milissegundos (0,008 segundos). Queremos descobrir qual foi a força média que o anteparo exerceu sobre a bola, assumindo que a colisão foi perfeitamente elástica. Vamos precisar usar conceitos de física sobre colisões, força média e mudança de quantidade de movimento.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar que em uma colisão perfeitamente elástica, a velocidade após a colisão é igual à velocidade antes, mas na direção oposta. Isso significa que a velocidade na direção normal (perpendicular) muda de direção, enquanto a velocidade na direção tangencial (paralela) permanece a mesma.
Passo 3
Vamos decompor a velocidade da bola em duas componentes: uma perpendicular ao anteparo e outra paralela. Para isso, usamos trigonometria:
Onde:
Passo 4
Calculando as componentes:
Passo 5
Como a colisão é perfeitamente elástica, a componente perpendicular da velocidade inverte seu sinal, enquanto a paralela permanece a mesma. Portanto, após a colisão:
Passo 6
A mudança na velocidade perpendicular é:
Passo 7
A mudança na quantidade de movimento (impulso) perpendicular é:
Passo 8
A força média pode ser calculada usando a relação entre impulso e tempo:
Onde:
Passo 9
Calculando a força média:
O sinal negativo indica que a força é na direção oposta ao movimento inicial da componente perpendicular.
Resposta
O módulo da força média exercida pelo anteparo sobre a bola é de 50 N.