Enunciado
Física - Fundamentos de Física - Mecânica Volume 1 - 10ª Edição - David Halliday, Jearl Walker e Robert Resnick- Ed: 10º - Capítulo 8.2 - Ex. 15
Na Fig. 8-33, um caminhão perdeu os freios quando estava descendo uma ladeira a e o motorista dirigiu o veículo para uma rampa de emergência sem atrito com uma inclinação . A massa do caminhão é . (a) Qual é o menor comprimento que a rampa deve ter para que o caminhão pare (momentaneamente) antes de chegar ao final? (Suponha que o caminhão pode ser tratado como uma partícula e justifique essa suposição.) O comprimento mínimo aumenta, diminui ou permanece o mesmo (b) se a massa do caminhão for menor e (c) se a velocidade for menor?
Passo 1
Quando o caminhão passa a se deslocar na rampa de energia, somente a força gravitacional realiza trabalho, tendo em vista que não há atrito e a força normal atua perpendicular ao deslocamento. Assim, como o peso é uma força conservativa, podemos aplicar a conservação da energia mecânica, assim considerando o ponto inicial da ladeira de emergência como , então:
No ponto inicial, a altura é zero, portanto a energia potencial gravitacional é nula e, quando o caminhão alcança a altura máxima, a velocidade é nula e, portanto, a energia cinética é zero. Assim:
Isolando :
Substituindo os valores:
Obs: foi usado um fator de multiplicando a velocidade para fazer a conversão de para .
Passo 2
Usando a definição de podemos relacionar a altura com o comprimento da rampa . Sabendo que:
Isolando o :
Substituindo os valores:
Portanto, a rampa deve ter no mínimo de comprimento.
Passo 3
Substituindo a na , temos:
A partir dessa relação acima, percebemos que o comprimento não depende da massa do caminhão, portanto o comprimento permaneceria igual se houvesse uma variação da massa do caminhão. Entretanto, podemos ver que o comprimento é proporcional ao quadrado da velocidade, assim, se a velocidade for menor, o comprimento diminuirá.
Resposta
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