Enunciado
Física - Física para Cientistas e Engenheiros - Mecânica, Oscilações e Ondas, Termodinâmica: Volume 1 - 6ª Edição - Mosca, Tripler- Ed: 6º - Capítulo 7.1 - Ex. 96
Um revólver de mola é engatilhado comprimindo-se uma mola, pequena e forte, de uma distância . Ele dispara, verticalmente para cima, um sinalizador luminoso de massa . O sinalizador tem uma rapidez ao abandonar a mola e sobe até uma altura máxima do ponto em que abandonou a mola. Após abandonar a mola, efeitos de arraste do ar sobre o sinalizador são significativos (Dê suas respostas em termos de , , , e .) (a) Qual é o trabalho realizado sobre a mola durante a compressão? (b) Qual é o valor da constante de força ? (c) Entre o instante do lançamento e o instante em que a altura máxima foi atingida, quanta energia mecânica é dissipada em energia térmica?
Passo 1
(a) O trabalho é realizado sobre a mola para fazê-la armazenar energia. Quando a mola for solta, essa energia armazenada será convertida em energia cinética do sinalizador.
Como o sinalizador é lançado com rapidez inicial , podemos concluir que o trabalho realizado anteriormente sobre a mola foi:
Passo 2
(b) Se essa energia foi armazenada na bola mediante uma compressão por uma distância , podemos afirmar que:
E então a constante de força da mola é:
Passo 3
(c) Já vimos que a energia inicial com que o sinalizador inicia o movimento é:
E se, no topo da sua trajetória (quando o sinalizador tem apenas energia potencial gravitacional), ele está a uma altura máxima do ponto em que , sua energia nesse instante é:
E a diferença entre essas duas energias é a energia que foi dissipada em energia térmica pelo arraste do ar:
Resposta
(a) .
(b) .
(c) .