Enunciado
Física - Física de Sears & Zemansky: Mecânica Volume 1 - 12ª Edição - Hugh D. Young e Roger A. Freedman- Ed: 12º - Capítulo 8.5 - Ex. 50
Um utilitário de desloca-se a ao longo de um elevado retilíneo. Outro carro de , e se deslocando a , tem seu centro de massa situado a uma distância de na frente do centro de massa do utilitário (Figura ).
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 ) está na origem do plano cartesiano e que 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 ), basta utilizarmos a equação do centro de massa na forma:
No qual:
massa do primeiro carro;
massa do segundo carro;
posição do primeiro carro;
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 do centro de massa, olha só:
E obtemos:
Passo 3
b) Como o percurso é retilíneo, então podemos dizer que o movimento ocorre apenas em . Utilizando a equação do momento linear, teremos:
Onde e são os momentos lineares de cada carro. Como , temos:
E substituindo os valores do enunciado, ficamos com:
Logo,
Passo 4
c) Da questão anterior, temos que o momento linear do sistema é , certo? Como o momento linear é o produto entre a massa e a velocidade do corpo, temos o seguinte:
Substituindo os valores que temos:
E descobrimos a velocidade do centro de massa do sistema:
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:
Logo,
Que é exatamente o mesmo resultado que encontramos na letra b), como era de se esperar!
Valeu, galera! Até a próxima! 😉
Resposta
a)
b)
c)
d)