Enunciado
Física - Física para Cientistas e Engenheiros - Mecânica, Oscilações e Ondas, Termodinâmica: Volume 1 - 6ª Edição - Mosca, Tripler- Ed: 6º - Capítulo 10.1 - Ex. 54
Uma massa pontual de se movendo em uma superfície horizontal sem atrito está preso a uma tira elástica que tem a outra extremidade fixa no ponto . A tira elástica exerce uma força de magnitude , onde é o comprimento da tira e é uma constante desconhecida. A força da tira elástica aponta para . A massa se move ao longo da linha pontilhada na figura abaixo. Quando ela passa pelo ponto , sua velocidade é , com a orientação mostrada; A distância é de e é . (a) Encontre a rapidez da massa nos pontos e . (b) Encontre .
Passo 1
A fórmula para o momento angular da massa em qualquer ponto da trajetória é:
E o momento angular se conserva, já que não temos nenhum torque externo resultante.
Se aplicarmos essa equação entre os pontos e já podemos encontrar a rapidez :
Passo 2
(b) Agora vamos pensar na energia do sistema. Em cada ponto a massa terá certa energia cinética, e certa energia potencial elástica:
Sabemos que a energia deve se conservar nesse sistema, então podemos comparar qualquer par de pontos para encontrar a constante :
Multiplicando tudo por :
E isolando :
Resposta
(a) e .
(b) .