Enunciado
Física - Física para Cientistas e Engenheiros - Mecânica, Oscilações e Ondas, Termodinâmica: Volume 1 - 6ª Edição - Mosca, Tripler- Ed: 6º - Capítulo 7.1 - Ex. 68
Um pequeno objeto de massa se move em um círculo horizontal de raio sobre uma mesa rugosa. Ele está preso a uma corda horizontal fixa no centro de um círculo. A rapidez do objeto é inicialmente . Depois de completar uma viagem completa em torno do círculo, a rapidez do objeto é . (a) Encontre a energia dissipada pelo atrito durante essa única revolução em termos de , e . (b) Qual é o coeficiente de atrito cinético? (c) Quantas revoluções a mais o objeto vai completar antes de atingir o repouso?
Passo 1
(a) De onde veio a energia que foi dissipada pelo atrito? Era a energia cinética que mantinha a rapidez .
Então para calcular a energia dissipada, basta calcular a variação de energia cinética quando a rapidez vai de para :
Passo 2
(b) Para calcular o coeficiente de atrito cinético, vamos dar uma olhada na expressão para a energia dissipada pelo atrito. Essa energia é igual ao módulo do trabalho realizado pela força de atrito:
E a distância percorrida durante uma revolução é o comprimento da circunferência.
Passo 3
(c) Nós vimos que a energia dissipada na primeira revolução foi:
Que equivale a da energia cinética total do objeto:
E então, para que o objeto pare completamente, é preciso perder o outro “quarto” da energia:
Se uma revolução completa dissipa três quartos, bastaria um terço de revolução para dissipar essa energia restante.
Resposta
(a) .
(b) .
(c) Bastaria um terço de revolução a mais para que o objeto parasse completamente.