Enunciado

Um utilitário de 1200   k g desloca-se a 12,0   m / s ao longo de um elevado retilíneo. Outro carro de 1800   k g , e se deslocando a 20,0   m / s , tem seu centro de massa situado a uma distância de 40,0   m na frente do centro de massa do utilitário (Figura 8.39 ).

a) Calcule a posição do centro de massa do sistema constituído pelos dois carros.

b) Calcule o módulo do momento linear total do sistema usando os dados acima.

c) Calcule a velocidade do centro de massa do sistema.

d) Calcule o módulo do momento linear total do sistema usando a velocidade do centro de massa do sistema. Compare sua resposta com o resultado obtido no item (b).

Passo 1

Fala, galera! Beleza? Vamos resolver essa questão!

O enunciado pediu pra gente calcular (a) a posição do centro de massa do sistema constituído pelos dois carros, (b) o módulo do momento linear total, (c) a velocidade do centro de massa e (d) o módulo do momento linear total do sistema usando a velocidade do centro de massa do sistema.

Pra isso, vamos adotar que o primeiro carro (o de 1200   k g ) está na origem do plano cartesiano e que 40   m   é a distância que o segundo carro está em relação ao primeiro, beleza?

Então, considerando o sistema unidimensional (já que o movimento ocorre apenas no eixo x ), basta utilizarmos a equação do centro de massa na forma:

x c m = m A ∙ x A + m B ∙ x B m A + m B

No qual:

m A = 1200   k g =   massa do primeiro carro;

m B = 1800   k g = massa do segundo carro;

x A = 0   m = posição do primeiro carro;

x B = 40   m = distância do segundo carro em relação ao primeiro.

Depois, calculamos os momentos lineares do sistema, com as devidas considerações de cada item, usando o princípio de conservação do momento linear.

Vamos lá!

Passo 2

Agora que já temos a equação e os valores das incógnitas, basta substituirmos na coordenada x c m do centro de massa, olha só:

x c m = 1200 ∙ 0 + 1800 ∙ 40 1200 + 1800

E obtemos:

x c m = 24   m

Passo 3

b) Como o percurso é retilíneo, então podemos dizer que o movimento ocorre apenas em x . Utilizando a equação do momento linear, teremos:

p x = p A + p B

Onde p A e p B são os momentos lineares de cada carro. Como p = m v , temos:

p x = m A . v A x + m B . v B x

E substituindo os valores do enunciado, ficamos com:

p x = 1200 ∙ 12 + 1800 ∙ 20

Logo,

p x = 5,04 ∙ 10 4   k g ∙ m / s

Passo 4

c) Da questão anterior, temos que o momento linear do sistema é 5,04 × 10 4   k g ∙ m / s , certo? Como o momento linear é o produto entre a massa e a velocidade do corpo, temos o seguinte:

p x = m A B . v A B

Substituindo os valores que temos:

5,04 × 10 4 = 1200 + 1800 ∙ v A B

E descobrimos a velocidade do centro de massa do sistema:

v A B ≅ 16,8   m / s

Passo 5

d) Então galera, calcular o momento linear de um sistema utilizando dados acerca do sistema em si ou utilizando dados individuais das partículas tem que dar a mesma coisa! Se calcularmos o momento linear utilizando a velocidade do sistema, que acabamos de encontrar na letra anterior, teremos:

p x = m A B . v A B

p x = 3000 ∙ 16,8

Logo,

p x = 5,04 × 10 4   k g ∙ m / s

Que é exatamente o mesmo resultado que encontramos na letra b), como era de se esperar!

Valeu, galera! Até a próxima! 😉

Resposta

a) x c m = 24   m

b) p x = 5,04 × 10 4   k g . m / s

c) v A B ≅ 16,8   m / s

d) p x = 5,04.10 4   k g . m / s

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