Enunciado

As massas m1 = 10 kg e m2 = 6 kg são ligadas por uma barra rígida de massa desprezível (Fig. 9.26). Estando inicialmente em repouso, elas são submetidas às forças Fx = ux(8) N e Fy = uy(6) N, como está indicado. (a) Procure as coordenadas do seu CM como função do tempo. (b) Expresse a quantidade de movimento total como função do tempo.

Passo 1

Falaaa galera!!! Inicialmente, temos que a massa será de m1 + m2 = 16kg. Assim, como não existem forças externas, o centro de massa terá velocidade constante. Como sabemos a velocidade do centro de massa é dado por:

V c m = 1 / m + ∑ n = 1 i p i

E, como temos pela Lei de Newton,

F = m * a ⇒ F = F 1 + F 2 = 8 i + 6 j = m * a

8 i + 6 j = 16 * a ⇒ a = i / 2 + 3 j / 8

Encontrando a aceleração final, precisamos calcular o módulo da união destes dois vetores, certo? ou seja:

a c m = √ ( i / 2 ) ² + ( 3 j / 8 ) ² = 0,625   m / s ² ,   s e n d o   a x = 0,5 i   m / s ²   e   a y = 0,375 j   m / s ² .

Se integrarmos a aceleração, encontramos a velocidade. Se integrarmos a velocidade, encontramos o deslocamento, que é o que queremos, certo? Assim, temos que integrar duas vezes a aceleração que encontramos, em função de t:

x c m = ∫ ∫ 0,5 i = ∫ ( 0,5 t )   i = 0,5 t ² / 2 + c = ( 0,25 t ² + x ) m  

Observe que a constante é o x que os corpos podem ou não terem deslocado, certo?

Com o eixo y, fazemos o mesmo:

y c m = ∫ ∫ 0 , 375 j = ∫ ( 0,375 t )   i = 0,375 t ² / 2 + c = ( 0,1875 t ² + x ) m  

A partir de ambas as distâncias, encontramos que:

x c m = ( 1,5 + 0,25 t ² ) m   e   y c m = ( 1,875 + 0,1875 t ² ) m

Passo 2

Em b, encontraremos o momento total, a partir da seguinte fórmula:

p = m * v c m

p = 16 * ( 0,5 t ) i + ( 0,375 t ) j = [ ( 8 t ) i + ( 6 t ) j ]   k g * m / s

Resposta

x c m = ( 1,5 + 0,25 t ² ) m   e   y c m = ( 1,875 + 0,1875 t ² ) m

p = [ ( 8 t ) i + ( 6 t ) j ]   k g * m / s

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