Enunciado
Física - Fundamentos de Física - Mecânica Volume 1 - 8ª Edição - David Halliday, Jearl Walker e Robert Resnick- Ed: 8º - Capítulo 9.Problemas Adicionais - Ex. 136
A figura mostra dois trenós de cada um, separados por uma curta distância, um atrás do outro. Um gato de , inicialmente sobre um dos trenós, salta para o outro e imediatamente pula de volta para o primeiro. Os dois saltos são realizados com uma velocidade de em relação ao gelo. Determine a velocidade escalar, após os saltos, (a) do primeiro trenó e (b) do segundo trenó.
Passo 1
Vamos começar analisando apenas o primeiro salto: o salto pulando para fora do trenó (o da esquerda).
Inicialmente, ele estava em repouso sobre o trenó. Então o momento linear era nulo:
Depois, ele pula para frente com uma velocidade , e o trenó vai adquirir uma velocidade :
Pela lei de conservação de momento:
Passo 2
Beleza, agora o mesmo gato vai aterrisar no trenó (o da direita), com a velocidade .
Dessa vez, o momento inicial não é nulo, o gato tinha alguma velocidade:
E depois de aterrissar, os dois se movem juntos com uma velocidade :
Então, pela lei de conservação de momento:
Passo 3
Agora fica um pouco mais complicado. O gato vai pular de um trenó que tem velocidade .
Então inicilamente o momento linear era:
E depois que o gato pular para a esquerda com velocidade , vamos ter:
Onde é a velocidade que o trenó adquire depois que o gato pula para a esquerda. Então, pela lei de conservação de momento:
Beleza, isso já responde a letra (b).
Passo 4
Agora o gato vai chegar com sua velocidade de (agora para esquerda) para aterrisar em um trenó que, como calculamos antes, estava se movendo também para a esquerda com velocidade .
Então o momento linera inicial era:
E depois da aterrissagem os dois vão passar a se mover juntos com uma velocidade , então:
Então, pela lei de conservação de momento:
Mas como só estamos interessados na velocidade escalar, podemos dizer que a velocidade final do primeiro trenó é:
Resposta
(a) Após os saltos, o primeiro trenó se move com uma velocidade escalar de .
(b) Após os saltos, o segundo trenó se move com velocidade escalar de .