Um vagão ferroviário de 12000kg rola sobre trilhos horizontais a 4,3m/s, com atrito desprezível. No final dos trilhos, o vagão atinge um pára-choque de mola, comprimindo-o 0,23m, e entra momentaneamente em repouso. Admitindo que somente a força conservativa da mola execute trabalho sobre o vagão, determine a constante da mola.
Resp: 4,2.10
Resp: 4,2.10
Passo 1
Primeiro, vamos entender o que o enunciado está nos pedindo. Temos um vagão ferroviário com massa de 12.000 kg que está se movendo a uma velocidade de 4,3 m/s sobre trilhos sem atrito. Quando ele chega ao final dos trilhos, bate em um para-choque de mola que comprime 0,23 metros, fazendo com que o vagão pare momentaneamente. Queremos descobrir a constante da mola, que é uma medida de quão “dura” ou “flexível” a mola é.
Para resolver isso, vamos usar os conceitos de energia cinética e energia potencial elástica da mola. Precisamos relacionar a energia que o vagão tem devido ao seu movimento com a energia armazenada na mola quando ela está comprimida.
Passo 2
Primeiro, calculamos a energia cinética (EC) do vagão quando ele está se movendo. A fórmula para energia cinética é:
onde:
-
é a massa do vagão (12.000 kg) -
é a velocidade do vagão (4,3 m/s)
Vamos substituir os valores:
Passo 3
Calculando os valores:
Então, a energia cinética do vagão é 110.940 Joules.
Passo 4
Agora, essa energia cinética será convertida em energia potencial elástica (EPE) da mola quando ela está comprimida. A fórmula para a energia potencial elástica é:
onde:
-
é a constante da mola que queremos encontrar -
é a compressão da mola (0,23 m)
Como toda a energia cinética é convertida em energia potencial, podemos igualar as duas expressões:
Passo 5
Simplificando a equação:
Isolando
:
Agora, substituímos os valores que já calculamos:
Passo 6
Calculando os valores:
Resposta
A constante da mola é aproximadamente
.