Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Fox - Mecânica dos Fluidos- Ed: 8º - Capítulo 1.Problemas - Ex. 4
Discuta a física do ricochete de uma pedra na superfície de um lago. Compare esses mecanismos com aqueles de uma pedra quicando após ser atirada ao longo de uma rodovia.
Passo 1
Fala aí galera, vamos para mais um problema de mecânica dos fluidos. Este problema é teórico. Observação e experiência sugerem dois comportamentos quando uma pedra é jogada ao longo de uma superfície de água:
1. Se o ângulo entre o caminho da pedra e a superfície da água for íngreme, a pedra pode penetrar na água. Depois de penetrar na superfície da água, o arrasto alto da água vai retardar a pedra rapidamente. Então, porque a pedra é mais pesada do que a água vai afundar.
2. Se o ângulo entre o caminho da pedra e a superfície da água for raso, a pedra pode não penetrar na água. Isso vai transferir menos impulso para a água, causando menos redução na velocidade da pedra. A única força de arrasto na pedra será do atrito na superfície da água. O arrasto será momentâneo, fazendo com que a pedra perca apenas uma parte de sua
energia cinética. Em vez de afundar, a pedra pode pular da superfície e se tornar transportada novamente pelo ar. Quando a pedra é jogada com velocidade e ângulo direito, ela pode pular várias vezes através da superfície da água. Com cada pula a pedra perde alguma velocidade para a frente. Depois de vários saltos, a pedra perde velocidade suficiente para penetrar
a superfície e afundar na água.
Observação sugere que a forma da pedra afeta significativamente o salto. Essencialmente pedras esféricas podem pular com considerável esforço e habilidade do lançador. Pedras em forma de disco são mais propensas a pular, desde que sejam jogados com a superfície plana essencialmente paralela à superfície da água.
Em contraste, nenhuma pedra pode penetrar no pavimento de uma estrada. Cada colisão entre pedra e estrada será inelástica; atrito entre a superfície da estrada e a pedra afetará o movimento da pedra apenas ligeiramente. Independentemente do ângulo inicial entre o caminho da pedra e a superfície da estrada, a pedra pode saltar várias vezes, então, finalmente, ele vai rolar para uma parada.
É improvável que a forma da pedra afete a trajetória de saltar de uma estrada significativamente.
Resposta
Observação e experiência sugerem dois comportamentos quando uma pedra é jogada ao longo de uma superfície de água:
1. Se o ângulo entre o caminho da pedra e a superfície da água for íngreme, a pedra pode penetrar na água. Depois de penetrar na superfície da água, o arrasto alto da água vai retardar a pedra rapidamente. Então, porque a pedra é mais pesada do que a água vai afundar.
2. Se o ângulo entre o caminho da pedra e a superfície da água for raso, a pedra pode não penetrar na água. Isso vai transferir menos impulso para a água, causando menos redução na velocidade da pedra. A única força de arrasto na pedra será do atrito na superfície da água. O arrasto será momentâneo, fazendo com que a pedra perca apenas uma parte de sua
energia cinética. Em vez de afundar, a pedra pode pular da superfície e se tornar transportada novamente pelo ar. Quando a pedra é jogada com velocidade e ângulo direito, ela pode pular várias vezes através da superfície da água. Com cada pula a pedra perde alguma velocidade para a frente. Depois de vários saltos, a pedra perde velocidade suficiente para penetrar
a superfície e afundar na água.
Observação sugere que a forma da pedra afeta significativamente o salto. Essencialmente pedras esféricas podem pular com considerável esforço e habilidade do lançador. Pedras em forma de disco são mais propensas a pular, desde que sejam jogados com a superfície plana essencialmente paralela à superfície da água.
Em contraste, nenhuma pedra pode penetrar no pavimento de uma estrada. Cada colisão entre pedra e estrada será inelástica; atrito entre a superfície da estrada e a pedra afetará o movimento da pedra apenas ligeiramente. Independentemente do ângulo inicial entre o caminho da pedra e a superfície da estrada, a pedra pode saltar várias vezes, então, finalmente, ele vai rolar para uma parada.
É improvável que a forma da pedra afete a trajetória de saltar de uma estrada significativamente.