Enunciado

Uma pequena bola de massa m , inicialmente em A , desliza sobre uma superfície circular A D B sem atrito (Fig. 7.42 ). Demonstre que, quando a bola está no ponto C , a velocidade angular e a força exercida pela superfície são ω = 2 g   s e n α / r , F = m g   3   s e n α .

Passo 1

E aí, beleza?? Vamos primeiramente demonstrar que a velocidade da partícula em um ponto depende apenas da altura que ela caiu. Seja α o ângulo que a velocidade da partícula faz com a horizontal em um dado instante, assim, temos:

m a = m g   s e n α ∴ a = g   s e n α = d v d t = v d v d s

Na última equação, foi utilizada a regra da cadeia, em que d s é um diferencial de caminho percorrido (inclinado). Assim, vem:

v   d v = g   d s   s e n α

Note que d s   s e n α = d y . Assim, vem:

v   d v = g   d y ∴ v 2 = v 0 2 + 2 g y

Sendo y a altura que o corpo caiu.

Passo 2

Dessa maneira, o corpo possui velocidade dada por:

v 2 = 2 g r   s e n α ∴ ω 2 = 2 g r   s e n α

Ou seja:

ω = 2 g r   s e n α

Passo 3

Note que o ângulo que a posição da partícula faz com a vertical é α - π / 2 . Assim, temos para a força centrípeta:

F - m g cos ⁡ α - π 2 = m ω 2 r ∴ F = m g   s e n α + 2 m g   s e n ( α )  

Ou seja:

F = m g   3   s e n α

Como queríamos demonstrar.

Resposta

Ei, a resposta está no passo a passo :)

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