Enunciado
Física - Young and Freedman - Vol 1- Ed: 14º - Capítulo 8.1 - Ex. 12
. Fratura óssea. Testes experimentais mostraram que o osso será fraturado se estiver sujeito a uma densidade de força de . Suponha que uma pessoa de
esteja andando de patins descuidadamente e uma viga de metal atinja sua testa e pare completamente seu movimento para a frente. Se a área de contato com a testa do patinador for de , qual é a maior velocidade com que ele pode atingir a parede sem quebrar algum osso se sua cabeça estiver em contato com a viga por ?
Passo 1
Na teoria do livro nos é apresentadas duas equações que serão fundamentais para solução dessa questão:
e
E por que elas são fundamentais? Bom, o enunciado nos dar quatro informações importantes, a densidade de força, a área de contato, o tempo de contato e massa da pessoa.
Com as duas primeiras informações conseguimos descobrir a força máxima sem quebrar nenhum osso que será dada por:
Sabendo disso vamos definir
Mas por que esse sinal negativo? Pensa comigo, se definirmos o sentido positivo do eixo como o sentido do movimento inicial então ao bater na viga a pessoa vai sofrer uma força feita pela viga contrária ao do seu movimento inicial, ou seja, sentido negativo ao eixo .
Agora que temos a força usando a segunda equação mostrada acima, podemos descobrir o impulso pois o enunciado nos dar o tempo de contato, e com o impulso podemos descobrir a maior velocidade para atingir a parede sem quebrar nenhum osso.
Ahhhh, é sempre frisar que o impulso, o momento e a força são vetores com componentes e , contudo como estamos interessados na direção da colisão (direção ) não há a necessidade de colocar aquela setinha marota, vamos só deixar explícito que estamos trabalhando com o movimento nessa direção.
Passo 2
Primeiro vamos descobrir a força máxima com as informações dadas no enunciado:
Como vimos que:
então
Com isso podemos descobrir o impulso dado por:
Passo 3
Agora que temos o impulso podemos usar a primeira equação mostrada no Passo 1:
Ou seja:
Isolando :
E essa é a maior velocidade para que a cabeça da pessoa fique inteirinha.