Enunciado
Física - Física para Cientistas e Engenheiros - Mecânica, Oscilações e Ondas, Termodinâmica: Volume 1 - 6ª Edição - Mosca, Tripler- Ed: 6º - Capítulo 5.1 - Ex. 71
Seu time de engenheiros de teste está prestes a soltar o freio de estacionamento de um carro de , de forma que ele irá descer por uma inclinação muito longa de em preparação para uma batida no fim da rampa. (Em uma inclinação de , a mudança na altitude é da distância horizontal viajada.) A força resistiva total (arrasto do ar e atrito de rolamento) para esse carro foi estabelecida previamente como , onde é a rapidez do carro. Qual é a rapidez terminal para o carro descendo por essa inclinação?
Passo 1
Vamos começar entendendo bem o que podemos tirar dessa inclinação de “”. Isso quer dizer apenas que a tangente do ângulo de inclinação da rampa é , então:
Beleza, então estamos em um plano inclinado e conhecemos o valor de , como fica o diagrama das forças que agem sobre o carro?
Vamos aplicar a segunda lei de Newton à direção paralela ao plano:
E substituindo com a expressão para que foi dada no enunciado:
Ok, essa é a equação dinâmica do carro.
Passo 2
Se queremos aproveitar essa equação para encontrar a rapidez terminal, precisamos analisar o caso em que essas forças entram em equilíbrio, ou seja:
Então:
Resposta
A rapidez terminal é .