Suponha que você jogue uma bola de massa igual a 0,40 kg contra uma parede. Ela colide com a parede quando está se movendo horizontalmente para a esquerda a 30 m / s, retornando horizontalmente para a direita a 20 m / s. Sabendo que a bola permanece em contato com a parede durante 0,010 s, ache a força horizontal média, módulo e direção, que a parede exerce sobre a bola durante a colisão.

Passo 1

Vamos resolver um problema de física envolvendo colisão. Temos uma bola com massa de que se move horizontalmente para a esquerda a e, após colidir com a parede, retorna para a direita a . A bola fica em contato com a parede por . Precisamos encontrar a força horizontal média, tanto seu módulo quanto sua direção, que a parede exerce sobre a bola durante a colisão. Para isso, vamos utilizar conceitos de momentum (quantidade de movimento) e força média.

Passo 2

Primeiro, vamos lembrar que a quantidade de movimento ( p = m times v ) de um objeto é dada por:
J = De
onde:
  • é a massa,
  • é a velocidade.
A mudança na quantidade de movimento ( ) é igual ao impulso ( ) aplicado:
onde:
  • é a velocidade inicial,
  • é a velocidade final.

Passo 3

Sabemos que o impulso também é igual à força média ( J = Fmédia times Deé) multiplicada pelo tempo de contato ( Fmédia = De):
é
Portanto, podemos igualar as duas expressões para encontrar a força média:
é

Passo 4

Vamos inserir os valores fornecidos:
m = 0,40, kg
vi = -30, m/s (à esquerda é negativo) àé
vf = 20, m/s (à direita é positivo) àé
De

Passo 5

Calculando a mudança na velocidade:
vf - vi = 20, m/s - (-30, m/s) = 20 + 30 = 50, m/s

Passo 6

Agora, calculamos a força média:
Fmédia = 0,40, kg times 50, m/s0,010, s = 20, kg·m/s0,010, s = 2000, N é

Resposta

A força horizontal média que a parede exerce sobre a bola durante a colisão tem módulo de e atua na direção para a esquerda.

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