Enunciado
Física - Alonso e Finn - Mecânica- Ed: 2º - Capítulo 7.Problemas - Ex. 62
Uma pequena bola de massa , inicialmente em , desliza sobre uma superfície circular sem atrito (Fig. ). Demonstre que, quando a bola está no ponto , a velocidade angular e a força exercida pela superfície são , .
Passo 1
E aí, beleza?? Vamos primeiramente demonstrar que a velocidade da partícula em um ponto depende apenas da altura que ela caiu. Seja o ângulo que a velocidade da partícula faz com a horizontal em um dado instante, assim, temos:
Na última equação, foi utilizada a regra da cadeia, em que é um diferencial de caminho percorrido (inclinado). Assim, vem:
Note que . Assim, vem:
Sendo a altura que o corpo caiu.
Passo 2
Dessa maneira, o corpo possui velocidade dada por:
Ou seja:
Passo 3
Note que o ângulo que a posição da partícula faz com a vertical é . Assim, temos para a força centrípeta:
Ou seja:
Como queríamos demonstrar.
Resposta
Ei, a resposta está no passo a passo :)