Enunciado
Física - Física de Sears & Zemansky: Mecânica Volume 1 - 12ª Edição - Hugh D. Young e Roger A. Freedman- Ed: 12º - Capítulo 2.5 - Ex. 48
Uma pedra grande é expelida verticalmente de baixo para cima por um vulcão com velocidade inicial de . Despreze a resistência do ar.
a) Qual é o tempo que a pedra leva, após o lançamento, para que sua velocidade seja dede baixo para cima?
b) Qual o tempo que a pedra leva, após o lançamento, para que sua velocidade seja de de cima para baixo?
c) Quando o deslocamento da pedra é igual a zero?
d) Quando a velocidade da pedra é igual a zero?
e) Qual o módulo e o sentido da aceleração enquanto a pedra i) Está se movendo de baixo para cima? ii) Está se movendo de cima para baixo?
iii) Está no ponto mais elevado da sua trajetória?
f) Faça gráficos , e yt para o movimento.
Passo 1
Oi, galerinha! Tudo bom? Repara que o problema nos disse que a pedra foi expelida pelo vulcão, ou seja, temos um lançamento vertical aí!
Como a resistência do ar está sendo ignorada aqui, a pedra está em queda livre com aceleração .
A primeira coisa que devemos responder é quanto tempo demora pra velocidade da pedra atingir . Pra isso vamos aplicar:
O problema nos forneceu os seguintes dados:
Repara que a pedra está indo contra a gravidade, por isso colocamos um sinal negativo na aceleração!
Bom, então vamos isolat na equação:
Passo 2
Agora temos que, que a velocidade, é de (aqui usamos o sinal negativo porque mudamos o sentido):
Passo 3
Para o deslocamento final ser zero, temos que a pedra e retorna para o mesmo ponto.
Vamos analisar os dados:
A partir desses, podemos utilizar a equação a seguir:
Isolando , temos que:
Passo 4
Queremos o tempo, então vamos utilizar a formula da velocidade em um intante de tempo, . E isolar o :
Mas antes, vamos analisar os dados:
Passo 5
A aceleração é de , para baixo, em todos os pontos do movimento.
Passo 6
Agora a gente vai desenhar os gráficos , e yt para o movimento. Juntando as informações que a gente tem até agora podemos fazer:
Como a aceleração é constante, nosso primeiro gráfico, , é representado por uma reta.
No gráfico temos um movimento uniformemente variado.
E no último gráfico, , temos o movimento que a pedra realiza em cada instante de tempo, .
Resposta
a)
b)
c)
d)
e) A aceleração é de , para baixo, em todos os pontos do movimento.
f)