Enunciado

Uma patinadora e um patinador estão se aproximando um do outro, deslizando com atrito desprezível sobre uma pista de gelo, com velocidades de mesma magnitude, igual a 0,5 m/s. Ela tem 50 Kg, carrega uma bola de 1Kg e patina numa direção 10 ° a leste da direção norte. Ele tem 51 Kg, dirige-se 10 ° a oeste da direção norte. Antes de colidirem, ela lança a bola para ele, que a apanha. Em consequência, passam a afastar-se um do outro. Ela se move agora com velocidade 0,51 m/s , numa direção 10 ° a oeste da direção norte. a) Em que direção se move o patinador depois de apanhar a bola? b) Com que velocidade? c) Qual foi o momento transferido da patinadora para o patinador? d) Com que velocidade e em que direção a bola foi lançada? [Note que a deflexão das trajetórias produzida pela troca da bola é análoga ao efeito de uma força repulsiva entre os dois patinadores. Na física das partículas elementares, a interação entre duas partículas é interpretada em termos de troca de uma terceira partícula entre elas] .

Passo 1

  1. Como há muitas informações no problema a ideia agora é esboçar a situação e organizar com eixo de coordenadas e tudo o mais pra gente se situar, vem comigo!
  • Situação inicial
  • Situação final
  • (   o s   â n g u l o s   v e r d e s   s ã o   t o d o s   d e   10 ° )

  • No começo a mulher de massa m M segura a bola de massa m b . O momento inicial fica
  • P ⃑ 0 = m M   + m b V ⃑ 0 M + m H V ⃑ 0 H

    Usando nosso sistema de coordenadas para decompor os vetores

    P ⃑ 0 = m M   + m b V 0 M s e n 10 °   i ^ + c o s 10 °   j ^   + m H V 0 H ( - s e n 10 °   i ^ + c o s 10 °   j ^ )

    Vamos agora juntar tudo o que tem i ^ na coordenada x e o tudo o que tem j ^ no y

    P ⃑ 0 ( x , y ) =   s e n 10 ° m M   + m b V 0 M - m H V 0 H ,   c o s 10 ° m M   + m b V 0 M + m H V 0 H

    = s e n 10 °   51   .   0,5 - 51   .   0,5 ,   c o s 10 ° 51.0,5 + 51.0,5

    ( 0   ,         51 c o s 10 ° )

  • Na situação final o homem quem carrega a bola mas tem sua velocidade desconhecida
  • P ⃑ 1 = m M V 1 M - s e n 10 °   i ^ + c o s 10 °   j ^   + ( m H + m b ) V 1 H ( s e n θ i ^ + c o s θ   j ^ )

    P ⃑ 1 ( x , y ) =   m H + m b V 1 H s e n θ - m M V 1 M s e n 10 ° ,   m M V 1 M c o s 10 ° + m H + m b V 1 H c o s θ  

    Como nenhuma força externa atua no sistema vamos escrever

    P ⃑ 1 = P ⃑ 0

  • P 1 x =     P 0 x
  • m H + m b V 1 H s e n θ - m M V 1 M s e n 10 ° = 0  

    52 V 1 H s e n θ = 50   .   0,51   .   s e n 10 °

    52 V 1 H s e n θ = 25,5 s e n 10 °

  • P 1 y =   P 0 y

m M V 1 M c o s 10 ° + m H + m b V 1 H c o s θ = 51 c o s 10 °

25,5   c o s 10 ° + 52 V 1 H c o s θ = 51 c o s 10 °

52 V 1 H c o s θ = 25,5 c o s 10 °    

Juntando nossos 2 resultados

52 V 1 H s e n θ = 25,5 s e n 10 ° 52 V 1 H c o s θ = 25,5 c o s 10 °

Dividindo uma pela outra

t g θ = t g 10 °

θ = 10 °

Então ele se move 10 °   à   N E

Pra saber V 1 H é só substituir em uma das equações

V 1 H = 25,5 52

= 0,49   m / s

Passo 2

  • Para saber o momento transferido basta a gente calcular a variação de momento do patinador, vem comigo!
  • Δ P ⃑ H = P ⃑ 1 - P ⃑ 0

    = ( m H + m b ) V 1 H ( s e n   10 ° i ^ + c o s 10 °   j ^ ) -   m H V 0 H ( - s e n 10 °   i ^ + c o s 10 °   j ^ )

    = 52 .   0,49 + 51 .   0,5 s e n 10 °   i ^ +   52 .   0,49 - 51.0,5 c o s 10 °   j ^  

    = 8,85   i ^   k g . m s

    Passo 3

  • O momento que a bola trouxe consigo foi o momento transferido ao patinador, então pra saber a velcodiade é só dividir o momento pela massa, saca só
  • V ⃑ b = P ⃑ 1 H m b

    = 8,85   i ^     m / s  

    Resposta

    a )   10 °   à   N E

    b )   0,49   m / s

    c )   8,85   i ^   k g . m s

    d ) 8,85   i ^     m / s  

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