Enunciado
Física - Fundamentos de Física - Mecânica Volume 1 - 8ª Edição - David Halliday, Jearl Walker e Robert Resnick- Ed: 8º - Capítulo 4.Problemas Adicionais - Ex. 118
Você pretende atirar uma bola com uma velocidade escalar de em um alvo que está a uma altura acima do núvel do qual você vai lançar a vola (veja a figura). Você quer que a velocidade da bola seja horizontal no instante em que ela atinge o algo. (a) Com que ângulo acima da horizontal você deve atirar a bola? (b) Qual é a distância horizontal do ponto de lançamento até o alvo? (c) Qual é a velocidade escalar da bola no momento em que atinge o alvo?
Passo 1
O que significa dizer que a velocidade será horizontal no instante em que ela atinge o alvo?
Quer dizer que a componente vertical da velocidade será nula:
Essa é a componente da velocidade que está sujeita à aceleração da gravidade. Queremos que ela seja reduzida de seu valor inicial até após percorrer uma altura :
Passo 2
(a) E como podemos usar essa informação para calcular o ângulo de lançamento.
Bom, se o módulo da velocidade inicial é , e ela forma um ângulo com a horizontal, a componente da velocidade inicial vertical é:
Passo 3
(b) Agora queremos calcular a distância horizontal entre a bola e o alvo.
Para isso, primeiro precisamos calcular o tempo que a bola leva para atingir o alvo. Vamos fazer isso usando o que já sabemos sobre a velocidade vertical:
Como já sabemos o ângulo de lançamento, podemos calcular a magnitude da velocidade horizontal, e então calcular a distância percorrida pela bola nesse intervalo de :
Passo 4
(c) Já vimos que, no instante em que a bola atinge o alvo, a velocidade é totalmente horizontal, ou seja:
Isso quer dizer que, para calcular o módulo da velocidade nesse instante, só precisamos olhar para a componente horizontal da velocidade:
E essa velocidade horizontal é constante, já que a única aceleração que age sobre a bola é a gravitacional, que é totalmente vertical.
Resposta
(a) .
(b) .
(c) .