Enunciado
Física - Fundamentos de Física - Mecânica Volume 1 - 8ª Edição - David Halliday, Jearl Walker e Robert Resnick- Ed: 8º - Capítulo 9.6 - Ex. 25
Com mais de 70 anos de idade, Henri LaMothe (Fig. 9-48) assombrava os espectadores mergulhando de barriga de uma altura de em um tanque de água com de profundidade. Supondo que o corpo do mergulhador parava de descer quando estava prestes a chegar ao fundo do tanque e estimando sua massa, calcule o módulo do impulso que a água exercia sobre Henri em um desses mergulhos.
Passo 1
Inicialmente vamos aplicar a segunda lei de Newton no momento em que o homem atingia a água e, para isso, vamos considerar que a força do empuxo seja constante durante todo o instante e igual a . Além disso, vamos determinar que o eixo é vertical com seu sentido positivo para cima, então, para o eixo temos:
Isolando :
Passo 2
Como no momento que o homem mergulhava ele partia do repouso e a única força que atuava sobre ele era o peso, então temos aí um movimento em querda livre. Assim, podemos determinar a velocidade com que ele alcançava a água como sendo:
Sabendo que , então:
Passo 3
Com a velocidade que ele atinge a água em mãos, podemos aplicar a equação a Torricelli para determinar a aceleração durante o deslocamento na água:
Sabendo que , , e (que é a profundidade do tanque), então, podemos achar a aceleração, isolando-a na equação acima:
O sinal negativo representa que durante o mergulho, ele está desacelerando, como eseperado.
Passo 4
Substituindo os valores na e considerando a massa do mergulhador como sendo , então:
Passo 5
Vamos usar agora a equação da velocidade de um MRUV para determinar o tempo que leva para o mergulhador parar após o impacto com a água:
Substituindo os valores:
Isolando :
Passo 6
Por fim, lembrando que podemos calculcar o impulso através da seguinte relação:
Como queremos apenas o impulso apenas do empuxo sobre o mergulhador, então:
Substituindo os valores: