Enunciado
Física - Física para Cientistas e Engenheiros - Mecânica, Oscilações e Ondas, Termodinâmica: Volume 1 - 6ª Edição - Mosca, Tripler- Ed: 6º - Capítulo 2.1 - Ex. 111
No intervalo de tempo de até , a aceleração de uma partícula viajando em uma linha reta é dada por . Considere que o sentido aponta para a direita. Inicialmente a partícula tem uma velocidade para a direita de e está localizada à esquerda da origem. (a) Determine a velocidade como uma função de tempo durante o intervalo. (b) Determine a posição como uma função do tempo durante o intervalo. (c) Determine a velocidade média entre e , e compare esse resultado à média das velocidades instantâneas nos tempos final e inicial. Essas duas médias são iguais? Explique.
Passo 1
(a) Vamos começar escrevendo algumas variáveis baseadas no sistema que o enunciado descreveu:
Para encontrar a velocidade, precisamos integrar a aceleração em relação ao tempo:
E então:
Passo 2
(b) E para encontrar a posição só precisamos integrar mais uma vez:
E então:
Passo 3
(c) Agora vamos comparar a velocidade média ao longo do intervalo com a média das velocidades final e inicial desse intervalo.
A primeira média precisa ser calculada com uma integral:
E agora para calcular a média das velocidades final e inicial, é só fazer o seguinte:
Ou seja, os dois valores não são iguais. Isso aconteceu simplesmente porque a aceleração não é constante, e nesses casos esse segundo método não é garantido para calcular a velocidade média.
Resposta
(a) .
(b) .
(c) A velocidade média é , e a média das velocidades é . A diferença existe porque a aceleração não é constante.