Enunciado
Física - Young and Freedman - Vol 2- Ed: 12º - Capítulo 13.Exercício - Ex. 29
29. Dentro de um veículo de testes da NASA, uma bola de é puxada por uma mola horizontal ideal fixa a uma mesa livre de atrito. A constante da mola é . O veículo tem uma aceleração constante igual a , e a bola não está oscilando. De repente, quando a velocidade do veículo chegou a , seus motores são desligados, o que elimina sua aceleração, mas não a velocidade. Calcule a amplitude e a frequência das oscilações resultantes da bola. Qual será a velocidade máxima da bola em relação ao veículo.
Passo 1
Para achar a amplitude, basta usar a segunda lei de Newton, já que sabemos que só existe a força elástica atuante no sistema, logo:
Onde vai ser a aceleração o caminhão e a massa da bola e , que é o ponto de interesse.
Para achar a frequência vamos lembrar que:
E como já sabemos
Logo, temos que:
Como nesse caso a energia é conversável, então:
Temos então que:
Para encontrar a velocidade máxima, basta lembrar que em um a velocidade máxima acontece no ponto de equilíbrio onde podemos considerar esse ponto em , nada no enunciado nos impede de considerar esse ponto. Assim, temos:
Passo 2
Vamos encontrar a amplitude primeiro. Do passo temos que:
Colocando , ficamos assim:
Substituindo o que sabemos, temos:
Passo 3
Agora vamos encontrar a frequência, temos:
Então:
Passo 4
Agora, só falta a velocidade máxima, da dedução do passo , encontramos que:
Substituindo o que conhecemos, ficamos com: