Enunciado

23. O alvo de 3kg desliza livremente ao longo das guias horizontais lisas BC e DE, as quais estão ´´ encaixadas´´ em molas que têm, cada uma, rigidez k = 9 k N / m . Se uma bala de 60g é atirada com uma velocidade de 900 m/s e se embute no alvo, determine a amplitude e frequência de escilacao do alvo.

Passo 1

Aplicando a conservação do momento linear:

m b v b 1 = m b + m a v

0,06 900 0,06 + 3 v

v = 17,65   m / s

Passo 2

Como estamos diante de um arranjo com duas molas em paralelos, temos que a constante elástica equivalente é dada por:

k e q = 2 k = 2 9000 = 18000

A partir daí podemos calcular a frenquência angular do sistema como:

ω B = k e q m = 18000 3,06 = 76,70   r a d / s

Passo 3

A equação que descreve a oscilação do sistema é:

y = C s i n   76,70 t + ϕ   m

Quando y = 0 ,   t = 0 .

0 = C sin ⁡ ϕ

Como C ≠ 0 , sin ⁡ ϕ = 0 .   Q u a n d o   ϕ = 0 ° . Substituindo na equação obtemos:

y = C s i n   76,70 t

Passo 4

Derivando a equação acima com relação ao tempo:

y ˙ = v = 76,70 C c o s   76,70 t   m / s

Aqui, v = 17,65 m s quando t = 0 . Substituindo na equação vem:

17,65 = 76,70   C cos ⁡ 0

C = 0,2301 m = 230   m m

Resposta

C = 230 m m

ω B = 76,70   r a d / s

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