Enunciado
Física - Física de Sears & Zemansky: Mecânica Volume 1 - 12ª Edição - Hugh D. Young e Roger A. Freedman- Ed: 12º - Capítulo 4.Problemas - Ex. 41
Um balde com água pesando é acelerado de baixo para cima por uma corda de massa desprezível cuja tensão de ruptura é igual a .
- Desenhe um diagrama de força do corpo livre para o balde. Em termos das forças sobre o seu diagrama, qual é a força resultante sobre o balde?
- Aplique a segunda lei de Newton para o balde e calcule a aceleração máxima de baixo para cima que o balde pode ter sem que a corda se rompa.
Passo 1
Eaee, belezinha?? Bom... o enunciado nos diz que um balde com água tem massa e é acelerado de baixo para cima por uma corda de massa desprezível cuja tensão de ruptura é igual a .
Queremos fazer um diagrama de corpo livre do balde, ou seja, temos que desenhar e analisar tooodas as forças em todas as direções que estão atuando nele.
Com isso, poderemos calcular a força resultante.
Também queremos aplicar a segunda lei de Newton para o balde a fim de calcular a aceleração máxima de baixo para cima que o balde pode ter sem que a corda se rompa.
Bora lá!! 😉
Passo 2
Bom... temos duas forças agindo sobre o balde:
A força peso: vertical para baixo de módulo igual a ;
A força tensora da corda: vertical para cima de módulo igual a .
A força peso está em verde e a força tensora está em vermelho:
Como o balde acelera de baixo para cima, então temos uma força resultante no mesmo sentido, de baixo para cima, representado pelo vetor em roxo.
Essa força resultante é dada por:
Passo 3
A aceleração máxima é quando a força de tensão aplicada for máxima.
A força de tensão máxima vale e a força peso tem módulo igual a
Então, aplicando a segunda lei de Newton na direção vertical, temos:
Assim a aceleração máxima é .