Enunciado
Física - Fundamentos de Física - Mecânica Volume 1 - 8ª Edição - David Halliday, Jearl Walker e Robert Resnick- Ed: 8º - Capítulo 2.7 - Ex. 38
Você está se aproximando de um sinal de trânsito a uma velocidade quando o sinal fica amarelo. O módulo da maior taxa de desaceleração de que o carro é capaz é e seu tempo de reação para começar a frear é . Para evitar que a frente do carro invada o cruzamento depois que o sinal mudar para vermelho, sua estratégia deve ser frear até parar ou prosseguir a se a distância até o cruzamento e a duração da luz amarela forem, respectivamente, (a) e , e (b) e ? As respostas podem ser frear, prosseguir, tanto faz (se as duas estratégias funcionarem) ou não há jeito (se nenhuma das estratégias funcionar).
Passo 1
Belezoca pessoal, devemos observar que nessa questão não são considerados os comprimentos do carro e da largura do cruzamento, ou seja, o carro é considerado uma partícula e o cruzamento uma reta. Vamos também passar a velocidade do carro para : .
Como o motorista tem um tempo de reação até tomar alguma atitude, o carro percorre um distância durante esse tempo, dada por:
Onde o tempo é o tempo de reação e a velocidade é a própria velocidade do carro , logo:
Passo 2
Suavera, então quer dizer que agora o motorista já começa a reagir, mas possui a menos no seu tempo em que o sinal ainda é amarelo, e já percorreu uma distância . Então suponha que ele começa a frear a partir de agora, com aceleração , de forma que a equação de torricelli pode ser escrita como:
Onde é a velocidade final, e é a distância que ele percorre durante a freagem. Logo, isolando essa distância, vemos que;
E já que no final da freagem, a velocidade é nula, temos que , portanto:
Então se a gente somar com a distância do tempo de reação temos:
Ou seja, na letra (a), onde o carro está a uma distância de do sinal, o carro possui espaço suficiente para frear antes de atingir o cruzamento. Já na letra (b), onde o carro se encontra a de distância do sinal, não há espaço suficiente para frear o carro. De forma que a estratégia de frear o carro funciona para o item (a) mas não para o item (b). Então bora ver se a estratégia de continuar com a velocidade funcionaria com algum dos itens, vem comigo!!
Passo 3
Belezoca galerinha, então saca só, no item (a), ele diz que o carro tinha um tempo de até o sinal fechar. Mas vimos também que desse tempo, o motorista já perdeu no seu tempo de reação. De maneira que sobrou apenas:
E a distância que o carro percorre nesse tempo, com velocidade média de é igual a:
E que somado com a distância que o motorista percorre no tempo de reação, obtemos:
Que é maior que a distância de em que o carro se encontra. Logo o carro do item (a) pode continuar com a velocidade inicial que ele terá tempo necessário para cruzar o sinal antes que ele feche.
Passo 4
Já na configuração do item (b), temos apenas até o sinal fechar, que subtraído o tempo de reação, obtemos que:
E com velocidade média dada como , temos que a distância percorrida nesse tempo é igual a:
E que somado a distância do tempo de reação, vemos que:
Que é inferior a distância de que o carro se encontra, logo no caso do item (b), o carro não consegue cruzar o sinal a tempo, antes que ele feche, e também não consegue frear a tempo. Coitado, agora é entregar na mão de Deus.
Portanto, o carro do item (a) pode escolher qual estratégia vai tomar, que ambas vão funcionar, enquanto o do item (b) só resta chorar.
Resposta
a) As duas funcionam.
b) Nenhuma funciona.