Enunciado

Uma bola de gude de massa M e raio R desce rolando, sem deslizar, pelo trilho da esquerda, a partir de uma altura h 1 , como mostrado na figura. Depois, ela sobre o trilho sem atrito da direita, até a altura h 2 . Determine h 2 .

Passo 1

Bora lá! Aqui é só a gente conservar a energia da situação. Ficou meio difícil de entender, mas a parte esquerda do trilho tem atrito, e a da direita não tem. Assim, a parte esquerda vai ter rotação, gerada por esse atrito. Depois que passar do ponto mais baixo, como não tem mais ação do atrito, não vai ter mais rotação! Presta atenção também que o centro de massa da esfera, no ponto mais baixo, está a uma altura R igual ao seu raio.

Conservando a energia do ponto mais alto até o mais baixo:

M g h 1 = M g R + I ω 2 2 + M v 2 2

Como a esfera rola sem deslizar, v = ω R .

M g h 1 = M g R + 2 5 M R 2 v R 2 2 + M v 2 2

g h 1 = g R + v 2 1 2 + 1 5

v 2 = 10 g h 1 - R 7

Passo 2

Agora, vamos conservar a energia do ponto mais baixo até o ponto mais alto! A energia cinética translacional vai se transformar em energia potencial gravitacional.

M g R + M v 2 2 = M g h 2

M g R + 1 2 M 10 g h 1 - R 7 = M g h 2

h 2 = R + 5 h 1 - R 7

h 2 = 5 h 1 7 + 2 R 7

h 2 = 1 7 ( 5 h 1 + 2 R )

Resposta

h 2 = 1 7 ( 5 h 1 + 2 R )

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