Enunciado

Considere o sistema indicado na Figura 6.37. A corda e a polia possuem massas desprezíveis, e a polia não tem atrito. Inicialmente, o bloco de 6,0 kg desloca-se verticalmente para baixo e o bloco de 8,0 kg desloca-se para a direita, ambos com velocidade de 0,900 m/s. Os blocos entram em repouso após percorrerem 2,0 m. Use o teorema do trabalho-energia para calcular o coeficiente de atrito cinético entre o bloco de 8,0 kg e o topo da mesa.

Passo 1

Falaaa! Vamos pensar assim: ele quer achar o coeficiente de atrito cinético entre o bloco maior e a superfície dele e pede para usarmos o teorema de trabalho-energia. O que diz esse teorema? Ele diz

W t o t = K 2 - K 1

Onde K é a energia cinética. Para nós o primeiro momento é onde ambos os bloquinhos andam com v = 0,9   m / s . E aí, a energia cinética nesse momento é

K 1 =   m A v 2 2 2 +   m B v 1 2 2

Onde m A é a massa do bloco maior e m B a massa do bloco menor. Já no segundo momento, os blocos estão parados, então não tem energia cinética. Aí:

K 2 = 0

Logo

W t o t = K 2 - K 1

W t o t = - m A v 2 2 2 +   m B v 1 2 2

Passo 2

Agora pensa comigo. Há outra forma de achar o trabalho total, certo? Como? Calculando o trabalho feito por cada forcinha e somando! O trabalho de uma força é dado por

W = F d

Sendo d paralelo a força. Então para ter trabalho a força precisa estar na direção do deslocamento.

Que forças que estão na direção do deslocamento na nossa situação? Primeiro, a força peso do bloco menor. E ela que puxa a galera toda para baixo. Então temos

W 1 = P B d

Como o ela está no mesmo sentido do movimento (o bloquinho está caindo e P está para baixo) esse trabalho é positivo. E o enunciado nos diz que a gente anda d = 2 m . Como P = m g :

W 1 = m B g d

Passo 3

A outra força que está na direção do deslocamento é o atrito. Mas ela está no sentido oposto ao deslocamento, então fica negativo o trabalho, assim:

W 2 = - F a t d

Esse d também é 2   m . Temos que essa força é dada por

F a t = N A μ

Só que essa força normal no bloco maior N A vai ser igual ao peso desse bloco, então:

F a t = m A g μ

W 2 = - m A g μ d

O trabalho total fica:

W t o t = W 1 + W 2

W t o t = m g d - m A g μ d

Passo 4

Igualando as duas expressões do trabalho total que achamos:

- m A v 2 2 +   m B v 2 2 =   m B g d - ( μ   m A g h )

Agora basta substituir os valores e encontrar o valo de μ :

6 ( 0,9 2 ) 2 +   8 ( 0,9 2 ) 2 =   - 6 × 9,8 × 2 + ( μ   8 × 9,8 × 2 )

μ k = 0,786

Prontinho!

Resposta

Resposta: O coeficiente de atrito é 0,786.

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