Enunciado

Um carro de corrida é capaz de acelerar de 0 a 60   k m / h em 5,4   s . (a) Qual é a aceleração média, em m / s ² , durante este intervalo? (b) Qual é a distância percorrida pelo carro em 5,4   s , supondo que a aceleração seja constante? (c) Quanto tempo o carro leva para percorrer uma distância de 0,25   k m , a partir de repouso, mantendo uma aceleração constante igual ao valor do item (a)?

Passo 1

Este é um problema de movimento retilíneo uniformemente variado (MRUV), logo, precisamos ter domínio das seguintes funções:

x t = x o + v o t + a t 2 2

v t = v o + a t

a m = a = ∆ v ∆ t

Podemos extrair do enunciado que o carro varia sua velocidade de 0 a 60   k m / h em 5,4   s . Porém, precisamos tomar cuidado com as unidades. Para unificar as unidades, vou passar todas para o SI.

Para transformar de k m / h para m / s precisamos dividir o valor por 3,6 .

Para resolver este exercício precisamos definir a a m durante o intervalo dado, a distância percorrida nesse mesmo intervalo x f e quanto tempo o carro leva para percorrer 0,25   k m .

Passo 2

Primeiro, vamos utilizar a definição de aceleração média:

a m = ∆ v ∆ t

Onde o ∆ v e ∆ t foram dados no enunciado, porém precisamos fazer a correção das unidades, então, ao substituir os valores dividiremos por 3,6 para transformar para m / s :

∆ v = v f - v i = 60 - 0 3,6 = 16,7   m / s

∆ t = 5,4 - 0 = 5,4   s

Portanto, com esses dados em mãos podemos calcular a aceleração média a m :

a m = 16,7 5,4 = 3,1   m / s 2

Passo 3

Para esta etapa que vamos definir o deslocamento percorrido pelo carro em 5,4   s , vamos utilizar a função da posição do MRUV:

x t = x o + v o t + a t 2 2

Considerando a origem de nosso referencial no ponto de partida, temos que x o = 0 e como o carro parte do repouso, v o = 0 . Além disso, por definição, a aceleração média, a m , é numericamente igual a aceleração instatânea, a , (isso ocorre somente para o MRUV). Então, substituindo as variáveis na função acima, temos:

x t = 0 + 0 × t + 3,1 t 2 2

x t = 3,1 t 2 2

Portanto, para determinar o deslocamento percorrido pelo carro em 5,4   s , basta substituir o valor do t na função acima, assim:

x 5,4 = x b = 3,1 × 5,4 2 2 = 45,2   m

Passo 4

Agora vamos fazer de maneira análoga ao passo anterior, porém, ao invés de nos dar o tempo e pedir o deslocamento, nesta letra ela nos deu o deslocamento e pediu o tempo. Portanto, vamos usar a mesma função anterior:

x t = 3,1 t 2 2

Aqui só temos que ter cuidado com a unidade do deslocamento que foi dado que não está unificada com as unidades que foram usadas para montar a equação. O deslocamento dado foi 0,25   k m , para passar para m multiplicaremos este valor por 10 3 . Logo, substituindo na equação acima determinamos quanto tempo o carro leva para percorrer 0,25   k m :

0,25 × 10 3 = 3,1 t c 2 2

Isolando o t c :

t c = 2 × 250 3,1

t c = 12,7   s

Resposta

  1. a m = 3,1   m / s 2 ;
  2. x b = 45,2   m ;
  3. t c = 12,7   s .
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