Enunciado
Física - Young and Freedman - Vol 2- Ed: 12º - Capítulo 13.Problemas - Ex. 64
64. Ao entrarem em um carro, quatro passageiros com massa total igual a comprimem em as molas de um carro com amortecedores gastos. Considere o carro e os passageiros como um único corpo sobre uma única mola ideal. Sabendo que o período da oscilação do carro com os passageiros é igual a , qual é o período da oscilação do carro vazio?
Passo 1
O que temos nessa situação, nada mais é que um , assim o período desse movimento, pode ser achado da seguinte forma:
O enunciado nos fala que o período de oscilação do carro mais os passageiros é de , então a fórmula acima para a nossa situação fica:
Onde é massa do carro.
Olhando a equação acima, basta isolar o e descobrir seu valor, mas antes disso temos que achar o valor de , já que o enunciado não fornece.
Para achar podemos usar o fato que o carro está em equilíbrio, então a força peso dos passageiros (já que é o peso deles que causa a deformação na mola), junto com a força elástica das molas fazem a força resultante ser zero, matematicamente temos:
Assim, temos que:
Agora basta isolar o ná equação e substituir os valores de , que é o deslocamento que os passageiros atribuíram as molas falada no enunciado, e .
Quando acharmos a massa do carro vazio, basta usar a mesma fórmula do período mencionada acima, levando em consideração apenas a massa do carro, encontrando assim o período de oscilação do carro.
Passo 2
Vamos começar achando a constante , do passo , temos a seguinte equação:
Isolando , temos:
Substituindo e por seus respectivos valores, temos:
Passo 3
Agora que temos o valor de , vamos usar isolar o , na fórmula mostrada no passo e encontrar seu valor. Temos:
Substituindo o valor de .
Passo 4
Agora podemos calcular o período de oscilação do carro vazio tranquilamente, temos que:
Substituindo os valores que temos, ficamos com: