Suponha que você jogue uma bola de massa igual a
contra uma parede. Ela colide com a parede quando está se movendo horizontalmente para a esquerda a
, retornando horizontalmente para a direita a
. Sabendo que a bola permanece em contato com a parede durante
, 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 (
) de um objeto é dada por:
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 (
) multiplicada pelo tempo de contato (
):
Portanto, podemos igualar as duas expressões para encontrar a força média:
Passo 4
Vamos inserir os valores fornecidos:
Passo 5
Calculando a mudança na velocidade:
Passo 6
Agora, calculamos a força média:
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.