Enunciado
Mecânica e Resistência dos Materiais - Beer - Dinâmica- Ed: 9º - Capítulo 13.Problemas - Ex. 36
Uma bola de golfe golpeada na terra alcança uma altura máxima de 60 m e atinge o chão uma distância de 200 m. A que distância a mesma bola de golfe se desloca na Lua se a intensidade e direção de sua velocidade forem as mesmas que ela teria na Terra imediatamente depois de bola foi atingida? Considere que a bola é atingida e aterrissa com a mesma elevação em ambos os casos e que o efeito da atmosfera na Terra é negligenciado, de modo que a trajetória em ambos os casos é uma parábola. A aceleração da gravidade na Lua é 0,165 vezes daquela da Terra.
Passo 1
Vamos a mais uma questão! Temos mais uma questão clássica de trajetória oblíqua.
O objetivo aqui é determinar a altura percorrido pela bola supondo a gravidade da Lua, a qual é 0,165 vezes a gravidade da Terra.
Só que aqui precisamos utilizar a metodologia de trabalho e energia, já que este é o objetivo desta questão. Não será nada difícil, apenas um pouco diferente do que estamos acostumados a trabalhar.
Passo 2
A sacada desta questão está na identificação do ponto 2 (ponto final) para utilizarmos o princípio do trabalho e energia. No início sabemos que, em ambas as trajetórias, a energia cinética é exatamente a mesma e é igual a:
Agora, até que ponto iremos analisar? Tem que ser algum ponto que nós conhecemos a relação de velocidade ou de altura!
E aqui está a sacada! Temos que analisar em relação ao ponto mais alto de cada trajetória. É necessário utilizar este ponto pois aqui conhecemos a velocidade do corpo. Em ambos a velocidade é , isto é, apenas a componente horizontal da velocidade .
Portanto, a energia cinética será:
E agora basta calcularmos o trabalho realizado pela força peso em cada trajetória. Para a Lua ela será:
E para a trajetória na Terra ela será:
Passo 3
Agora basta aplicarmos o princípio do trabalho e energia para cada um dos casos. Começando pela trajetória na Terra, temos:
Já para a trajetória da Lua, temos:
Agora, basta compararmos as duas relações. Com isto, temos:
Como e , então, será:
E assim finalizamos a questão.