Enunciado

Uma esfera de massa M é suportada por uma corda que passa sobre uma roldana leve na extremidade de uma barra horizontal de comprimento L (Fig. P14.25). A corda forma um ângulo u com a barra. A frequência fundamental de ondas estacionárias na porção da corda acima da barra é f. Encontre a massa da porção da corda acima da barra.

Passo 1

Faaalaaaaaa papitooooo, rs!

Tudo bem galera??

Bora láa!!

Para a resolução, vamos considerar a seguinte equação:

v = T μ = T m L

Para calcular o valor da velocidade v = λ f , vamos considerar o esquema representado a

Seguir. Note que, acima da haste, a corda tem apenas dois nodos (no estado fundamental) nos pontos A e B, e um antinodo em 1 / 2   A B .

Partindo da decomposição de forças representada na figura, temos que :

A B = L cos ⁡ θ

Então

1 2 λ = A B = L c o s θ

A velocidade da onda na corda (v) será igual a:

v = λ f = 2 L f c o s θ

Deste modo

2 L f c o s θ = T m c o s θ

Passo 2

Iremos elevar ambos os lados ao quadrado e rearranjarmos a equação, temos:

2 L f c o s θ 2 = T m c o s θ 2

Logo

m = T c o s θ 4 L f 2

Passo 3

Agora que já conhecemos a expressão para efetuar o cálculo de m é possível notar que ainda precisamos calcular o valor da tensão (T). Tenha em mente que para que o sistema se mantenha imóvel, a seguinte condição deve ser satisfeita.

∑ F y = 0

Para calcular a tensão, podemos utilizar a terceira lei de Newton (vamos observar a decomposição de forças apresentada na figura anterior)

∑ F y = T   s e n   θ - M g = 0

Onde

T = M g s e n θ

Agora ficamos com a seguinte expressão para o cálculo da massa da corda:

m = M g 4 L f 2 t g θ

Resposta

Vide a explicação.

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