Enunciado
Física - Física para Cientistas e Engenheiros - Mecânica, Oscilações e Ondas, Termodinâmica: Volume 1 - 6ª Edição - Mosca, Tripler- Ed: 6º - Capítulo 5.1 - Ex. 100
Um bloco de em uma superfície horizontal sem atrito é empurrado e mantido contra uma mola sem massa, comprimindo-a em . A constante de força da mola é . O bloco é solto e a mola o empurra . Use o método de Euler (planilha) com para estimar o tempo que a mola demora para empurrar o bloco ao longo dos . Qual a rapidez do bloco nesse instante? Qual é a incerteza nessa rapidez?
Passo 1
Vamos começar escrevendo as equações que determinam o movimento do bloco.
Pela lei de Hooke, sabemos que:
Onde é o deslocamento em relação ao ponto de equilíbrio da mola, então:
Passo 2
Agora vamos usar o método de Euler para extrair resultados dessa equação diferencial, usando intervalos de tempo .
A cada passo nós vamos atualizar os valores, começando com e . A aceleração inicial é a seguinte:
E a partir daí a aceleração vai variar seguindo a seguinte fórmula:
Onde a posição a cada passo é dada por:
E a rapidez é dada por:
Passo 3
Podemos jogar tudo isso na planilha para extrair as informações.
Procurando o tempo em que temos , vemos que isso ocorre em . Nesse instante a linha completa é:
Então a rapidez nesse instante é próxima de .
Para estimar a incerteza nesse cálculo, podemos reduzir o tamanho do passo para , e recalcular. Nesse caso encontramos . E a diferença percentual entre esses dois valores será nossa incerteza:
Resposta
A mola leva para empurrar a bola por . Ao final desse tempo a rapidez da bola é , valor associado a uma incerteza de .