Enunciado
Física - Fundamentos de Física Volume 2 - Gravitação, Ondas e Termodinâmica - 10ª Edição - David Halliday, Jearl Walker e Robert Resnick- Ed: 10º - Capítulo 15.Problemas Adicionais - Ex. 110
Um brinquedo muito apreciado pelas crianças é o balanço elástico, um assento sustentado por cordas elásticas. Suponha que exista apenas uma corda em cada lado, a despeito do arranjo mais realista mostrado na figura. Quando uma criança é colocada no assento, as cordas descem uma distância (trate-as como se fossem molas). Em seguida, o assento é puxado para baixo de uma distância adicional e liberado, o que faz a criança oscilar verticalmente, como um bloco na extremidade de uma mola. Suponha que você seja um engenheiro de segurança da empresa que fabrica o brinquedo. Você não quer que o módulo da aceleração da criança ultrapasse para que a criança não fique com torcicolo. Se , que valor de coressponde a esse módulo da aceleração?
Passo 1
Vamos lembrar da fórmula para a acelerção máxima de um oscilador harmônico:
Onde é a amplitude de oscilação é é a frequência angular. Pela condição dada no enunciado, temos que:
Passo 2
Além disso, temos a informação de que quando uma criança de massa é colocada sobre o balanço, a deformação sofrida pelo elástico é .
Isso quer dizer que, quando o balanço se desloca por , temos equilíbrio entre o peso da criança e a força elástica, ou seja:
Como queremos achar uma relação entre e , vamos reescrever em função de :
Então:
Agora ficamos com duas equações:
Vamos dividir a segunda pela primeira:
Então, quando , temos:
Resposta
O valor correspondente é .