Enunciado

Você está trabalhando para uma revista automotiva e está avaliando um automóvel novo (massa 650 kg) através de seus ritmos. Enquanto está sendo acelerado a partir do repouso, o seu computador de bordo registra sua velocidade como função do tempo da seguinte forma:

(a) Usando uma planilha eletrônica, encontre a aceleração média dos cinco intervalos de tempo e plote a velocidade versus tempo e aceleração versus tempo para este carro. (b) Onde, no gráfico de velocidade versus tempo, a força resultante no carro é máxima e mínima? Explique seu raciocínio. (c) Qual é a força resultante média sobre o carro durante todo o trajeto? (d) A partir do gráfico de velocidade versus tempo, faça uma estimativa da distância total coberta pelo carro.

Passo 1

Item (a)

Bem, para essa questão, utilizamos um programa de criação de planilha (pode ser o Excel, LibreOffice entre outras opções). Para utilizar o Excel, é necessário um pouco de conhecimento sobre ele, porém não iremos aprofundar na utilização desse programa. O que faremos nessa planilha poderíamos fazer apenas utilizando uma calculadora.

Primeiro, criamos uma planilha e colocamos a massa de 650   k g na cédula C 1 da planilha. Na coluna B , colocamos os tempos, como são 6 tempos, colocamos da cédula B 4 até a cédula B 9 . Na coluna C colocamos as velocidades, como são 6 também, colocamos da cédula C 4 até a cédula C 9 . Assim, podemos calcular a variação média de tempo fazendo a diferença entre duas cédulas de tempo próximas (lembrando que a variação de tempo é sempre positiva) e podemos calcular a aceleração fazendo a = Δ V Δ t .

Podemos calcular a força também, fazendo F = m a ,   os valores de força encontrados estão nas cédulas E 5 até E 9 e a força média está na cédula E 10 .

Então, a tabela que construímos foi esta:

Passo 2

Neste mesmo programa de criação de planilhas, podemos gerar um gráfico de velocidade por tempo. O gráfico que nós geramos está abaixo:

E também, conseguimos gerar um gráfico de aceleração por tempo:

Passo 3

Item (b)

Nós podemos ver no gráfico de velocidade por tempo que quando a linha tem uma inclinação maior é quando a aceleração é maior, o que faz sentido, já que uma inclinação maior significa uma variação maior da velocidade em um intervalo menor de tempo, que é medida pela aceleração. A inclinação é maior entre os pontos de velocidade v = 20   m / s e v = 30   m / s , isto é, entre os tempos 2,8   s e 3,6   s . E a aceleração é mínima nos pontos que apresentam uma menor inclinação, que são os pontos onde a velocidade é v = 0   m / s e v = 10   m / s , isto é, entre os tempos 0   s e 1,8   s .

Passo 4

Item (c)

A força resultante média já foi calculada no item (a) 😊, basta que a gente calcule a força a cada intervalo de dois valores de tempo (através da fórmula F = m a ) e a gente soma todos os 5 valores encontrados e divide por 5, fazendo, assim, a média F m e d = 5460   N .

Passo 5

Item (d)

Uma das formas mais simples de se fazer estimativa é calcular a área debaixo do gráfico de velocidade por tempo, já que a distância percorrida Δ s = 1 2 b h em que b é a base do triângulo e h é a altura. Então,

Δ s = 1 2 b h = 1 2 6,5   s 50 m s = 160   m

Resposta

(b) Maior aceleração entre os tempos 2,8   s e 3,6   s e menor aceleração entre os tempos 0   s e 1,8   s .

(c) F m e d = 5460   N .

(d) Δ s = 160   m

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