Enunciado
Física - Fundamentos de Física - Mecânica Volume 1 - 8ª Edição - David Halliday, Jearl Walker e Robert Resnick- Ed: 8º - Capítulo 4.Problemas Adicionais - Ex. 88
Na Fig.4-48a, um trenó se move no sentido negativo do eixo com uma velocidade escalar constante , quando uma bola de gelo é atirada do trenó com uma velocidade em relação ao trenó. Quando a bola chega ao solo, o deslocamento horizontal , em relação ao solo (da posição inicial à posição final) é medido. A Fig. 4-48b mostra a variação de , com . Suponha que a bola chegue ao solo na altura aproximada em que foi lançada. Quais são os valores (a) de , e (b) de ? O deslocamento da bola em relação ao trenó, , também pode ser medido. Suponha que a velocidade do trenó não mude depois que a bola foi atirada. Quanto é , para , igual a (c) e (d) ?
Passo 1
Galera, como esse deslocamento é em relação ao solo, vamos precisar encontrar a velocidade da bola em relação ao solo .
Lembrando que , já que ele está na direção negativa do eixo x.
Em um ponto do gráfico é zero, isso quer dizer que e isso acontece no mesmo momento que .
e
Passo 2
Como é um movimento de lançamento da bolinha, vamos ter a mesma coisa que tínhamos lá em lançamento oblíquo. No eixo x, temos um MU, já que não há aceleração; e no eixo y, temos um MUV, pois há aceleração da gravidade.
Então a posição em função do tempo para cada eixo é:
Eixo x:
Substituindo o valor da velocidade em relação ao solo, vamos ter que:
Eixo y:
Substituindo o valor da velocidade em relção ao solo, vamos ter que:
Agora, pensa aqui comigo, a variação da altura depois do voo completo é zero, pois ela vai e volta para a mesma altura (chão), então:
Show! Agora que já temos o tempo de voo, podemos achar e .
Passo 3
A variação da posição depois do voo é:
Olhando o enunciado, vemos que ele deu um gráfico da variação da posição do da bola em relação ao solo,. Isso é a mesma coisa que que nós achamos, então vamos compará-los.
Olhando para o gráfico dado, vemos que o coeficiente linear é
E o coeficiente angular é:
Substituindo 2 pontos:
:
:
Então:
A equação da reta fica então:
Voltando para a equação que achamos:
Temos que:
E
E
Passo 4
Agora queremos saber o para e .
Para descobrir a variação da posição da bola em relação ao trenó, temos que:
E se trata de um movimento uniforme:
Como vemos, , não depende de .
Então, para ambos, e , temos que vale:
Resposta
a)
b)
c)
d)