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 ( é) multiplicada pelo tempo de contato ( ):
é
Portanto, podemos igualar as duas expressões para encontrar a força média:
é

Passo 4

Vamos inserir os valores fornecidos:
àé
àé

Passo 5

Calculando a mudança na velocidade:

Passo 6

Agora, calculamos a força média:
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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