Enunciado

Com mais de 70 anos de idade, Henri LaMothe (Fig. 9-48) assombrava os espectadores mergulhando de barriga de uma altura de 12   m em um tanque de água com 30   c m 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 E . Além disso, vamos determinar que o eixo y é vertical com seu sentido positivo para cima, então, para o eixo y temos:

E - P = m a

Isolando E :

E = m g + a       e q . 1

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:

v a = 2 g h         e q . 2

Sabendo que h = 12   m , então:

v a = 2 × 9,81 × 12 = 15,3   m / s

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:

v 2 = v 0 2 - 2 a ( h f - h 0 )

Sabendo que v = 0 , v 0 = v a = 15,3   m / s , h f = 0 e h 0 = 0,3   m (que é a profundidade do tanque), então, podemos achar a aceleração, isolando-a na equação acima:

a = 15,3 2 2 × 0 - 0,3 = - 390   m / s 2

O sinal negativo representa que durante o mergulho, ele está desacelerando, como eseperado.

Passo 4

Substituindo os valores na e q . 1 e considerando a massa do mergulhador como sendo m = 70   k g , então:

E = 70 9,81 + 390

E = 28,0 × 10 3   N

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:

v t = - v 0 + a t

Substituindo os valores:

0 = - 15,3 + 390 t m

Isolando t m :

t m = 0,0392   s

Passo 6

Por fim, lembrando que podemos calculcar o impulso através da seguinte relação:

J → = F → ∆ t

Como queremos apenas o impulso apenas do empuxo sobre o mergulhador, então:

J → = E → t m

Substituindo os valores:

J → = 28,0 × 10 3 × 39,2 × 10 - 3 = 1,1 × 10 3   N ∙ s

Resposta

J → = 1,1 × 10 3   N ∙ s

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