Enunciado

26. A força F y é associada à função energia potencial U ( y ) . Na curva de energia potencial U   v e r s u s   y , mostrada na figura abaixo, os segmentos A B e C D são linhas retas. Faça o gráfico de   F y   v e r s u s   y . Coloque valores numéricos, com unidades, nos dois eixos. Estes valores podem ser obtidos no gráfico de U   v e r s u s   y .

Passo 1

F y , de exercícios anteriores, é definido como o negativo da derivada do valor função de energia potencial em relação a y ; isto é, F y = - d U / d y . Consequentemente, de acordo com a prória definição da derivada, a qual fornece justamente a taxa de variação; podemos obter F y examinando as inclinações do gráfico de   U em função de y .

Para isso, iremos analisar os três intervalos expostos no gráfico do enunciado: A → B , B → C   e   C → D

Temos que para a taxa de variação ( t a )   no intervalo A → B , dado que A B é uma reta; basta calcular o coeficente angular do triângulo formado:

t a = 2 - 6 2 - 0

t a = - 2

Temos que a taxa de variação ( t b )   no intervalo B → C , dado que B C é uma curva, irá variar ao longo da curva. Mas sabe-se basicamente que t b irá transitar de t a até t c , na forma de uma reta, uma vez que analisando a curva B C , vemos que assemelha-se a uma função do segundo grau, cuja primeira derivada é justamente a função de grau anterior, ou seja, justamente uma reta.

Temos que para a taxa de variação ( t c )   no intervalo C → D , dado que C D é uma reta; como não se sabe ao certo em que pontos o segmento de reta C D está tocando, estimam-se os valores de U ( y ) , para os pontos y = 5 e y = 6 , de modo a ser possível calcular o coeficiente angular do triângulo formado. Logo:

t c = 5,8 - 4,4 6 - 5

t c = 1,4

Passo 2

Com base nos dados anteriores, monta-se então a seguinte tabela para auxiliar na construção do gráfico. Vale lembrar que F y = - d U / d y , ou seja o produto da inclinação por - 1 :

Passo 3

Por último, com os valores obtidos anteriormente, finalmente podemos traçar o gráfico de U em função de y , que começa na origem e vai ter a seguinte cara:

Resposta

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