Enunciado
Física - Young and Freedman - Vol 1- Ed: 14º - Capítulo 4.Problemas - Ex. 53
A tabela* a seguir oferece dados de desempenho de automóvel para alguns tipos de carros:
(a) Durante uma aceleração de 0 a 100 km/h, qual carro tem a maior força média resultante atuando sobre ele? E a menor força? (b) Durante essa aceleração, para qual carro a força média resultante sobre um passageiro de 72,0 kg seria a maior? E a menor? (b) Quando a Ferrari F430 acelera de 0 a 160 km/h em 8,6 s, qual é a força média resultante atuando sobre ela? Como podemos comparar essa força resultante com a força média resultante durante a aceleração de 0 a 100 km/h? Explique por que essas forças médias resultantes poderiam diferir. (d) Discuta por que um carro possui uma velocidade máxima. Qual é a força resultante na Ferrari F430 quando ela está correndo em sua velocidade máxima, 315 km/h?
Passo 1
A cinemática nos dará a aceleração média de cada carro, e a segunda lei de Newton nos dará a força média que está acelerando cada carro.
Os carros partem do repouso e todos atingem a velocidade final de . Nós usamos primeiro a cinemática para encontrar a aceleração média de cada carro e, em seguida, usar a segunda lei de Newton para encontrar a força média em cada carro.
Passo 2
Letra a:
Nós sabemos as velocidades inicial e final de cada carro e o tempo durante o qual esta mudança em velocidade ocorre. A definição de aceleração média fornece . Então dá a força sobre cada carro.
Para o Alpha Romeo, os cálculos são .
A força é , que devemos arredondar para 5,5kN para 2 algarismos significativos.
Repetindo este cálculo para os outros carros e arredondando a força para 2 algarismos significativos temos:
A menor força líquida está no Alpha Romeo e no Honda Citic, com precisão de dois dígitos. A maior força líquida está na Ferrari.
Passo 3
Letra b:
A maior força ocorreria para a maior aceleração, que estaria na Ferrari. A menor força ocorreria para a menor aceleração, que seria no Volvo.
Passo 4
Letra c:
Igual a letra a, mas a velocidade final é
A força média é consideravelmente menor neste caso. Isso ocorre porque a resistência do ar aumenta com a velocidade.
Passo 5
Letra d:
Conforme a velocidade aumenta, também aumenta a resistência do ar. Eventualmente, a resistência do ar será igual à força da estrada, então a nova força será zero e a aceleração também será zero e a velocidade vai permanecer constante.
Resposta
- A menor força líquida está no Alpha Romeo e no Honda Citic, com precisão de dois dígitos. A maior força líquida está na Ferrari.
- A maior força ocorreria para a maior aceleração, que estaria na Ferrari. A menor força ocorreria para a menor aceleração, que seria no Volvo.
- A força média é consideravelmente menor neste caso. Isso ocorre porque a resistência do ar aumenta com a velocidade.
- Conforme a velocidade aumenta, também aumenta a resistência do ar. Eventualmente, a resistência do ar será igual à força da estrada, então a nova força será zero e a aceleração também será zero e a velocidade vai permanecer constante.