Uma bola é lançada com velocidade
. Determine (a) o alcance da bola e (b) a velocidade com que a bola atingirá o solo, em termos dos vetores unitários
e
.
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício de movimento de projéteis. A gente tem uma bola lançada com uma certa velocidade inicial, e queremos descobrir duas coisas: (a) o alcance da bola, ou seja, até onde ela vai; e (b) a velocidade com que a bola vai bater no chão. Para isso, vamos usar conceitos de Física sobre movimento em duas dimensões, dividindo a velocidade inicial em componentes horizontal e vertical.
Passo 2
Primeiro, vamos identificar as componentes da velocidade inicial. A velocidade inicial da bola é dada por:
Aqui,
é a componente horizontal (
) e
é a componente vertical (
).
Passo 3
Para encontrar o tempo total de voo da bola, vamos analisar o movimento vertical. Sabemos que a única aceleração atuando na vertical é a aceleração da gravidade (
), que puxa a bola para baixo. O tempo que a bola leva para subir e depois descer de volta ao ponto de lançamento é dado por:
Passo 4
Agora que temos o tempo total de voo, podemos calcular o alcance horizontal da bola. Como não há aceleração na direção horizontal, a velocidade horizontal permanece constante. O alcance (
) é então:
Passo 5
Para determinar a velocidade com que a bola atinge o solo, precisamos encontrar a componente vertical da velocidade no momento do impacto. Usando a equação da velocidade no movimento uniformemente acelerado:
O sinal negativo indica que a velocidade está para baixo.
Passo 6
Com a componente horizontal constante e a componente vertical encontrada, a velocidade final da bola é:
Resposta
(a) O alcance da bola é aproximadamente 1,632 metros.
(b) A velocidade com que a bola atinge o solo é
.