Duas bolas de tênis são lançadas, simultaneamente, de um mesmo ponto. A primeira bola (1) é lançada verticalmente para cima com velocidade de módulo . A segunda bola (2) descreve uma trajetória parabólica com o vetor velocidade inicial fazendo um ângulo com a direção vertical. Desprezando a resistência do ar, qual o módulo do vetor velocidade da bola 2 em relação à bola 1 para um tempo após o lançamento de ambas? Dê sua resposta em .
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a. 23
b. 30
c. 15
d. Nenhuma das alternativas
e. 35
Seja o ângulo do movimento parabólico dado por . Os vetores velocidades são dados por:
Assim o vetor velocidade relativa é dado por:
Passo 1
Beleza, vamos começar resumindo o que a questão está pedindo. Temos duas bolas de tênis lançadas ao mesmo tempo do mesmo ponto. A primeira bola (bola 1) é lançada diretamente para cima com uma velocidade inicial de . A segunda bola (bola 2) é lançada em uma trajetória parabólica com uma velocidade inicial de fazendo um ângulo de com a direção vertical. Queremos descobrir qual é a velocidade relativa da bola 2 em relação à bola 1 exatamente 1 segundo após o lançamento. Para resolver isso, vamos precisar usar conceitos de cinemática, especificamente sobre movimento vertical e movimento oblíquo, além de entender como calcular velocidades relativas.
Passo 2
Primeiro, vamos encontrar a velocidade da bola 1 após 1 segundo. Como a bola 1 está se movendo apenas verticalmente para cima, sua velocidade no tempo é dada por:
onde é a aceleração da gravidade.
Substituindo os valores:
Então, a velocidade da bola 1 após 1 segundo é para cima.
Passo 3
Agora, vamos analisar a bola 2, que se move em uma trajetória oblíqua. A velocidade inicial da bola 2 é e faz um ângulo de com a vertical. Para facilitar, vamos decompor essa velocidade em componentes horizontal () e vertical ().
A velocidade inicial horizontal () é:
E a velocidade inicial vertical () é:
Substituindo e :
Passo 4
A velocidade vertical da bola 2 após 1 segundo também é influenciada pela gravidade. Então, a velocidade vertical no tempo é:
Substituindo:
Portanto, às 1 segundo, a velocidade da bola 2 é:
Passo 5
Agora, vamos calcular a velocidade relativa da bola 2 em relação à bola 1. A velocidade relativa é dada por:
Substituindo as velocidades que encontramos:
Resposta
O módulo do vetor velocidade da bola 2 em relação à bola 1 após 1 segundo é 30 m/s.