Enunciado

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 h m 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:

T 1 = m v 2 2

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 v H , isto é, apenas a componente horizontal da velocidade v .

Portanto, a energia cinética será:

T 2 = m v H 2 2

E agora basta calcularmos o trabalho realizado pela força peso em cada trajetória. Para a Lua ela será:

U 1 → 2 L u a = ∫ 0 h m - W d x = ∫ 0 h m - m g L u a d x = - m g L u a h m

E para a trajetória na Terra ela será:

U 1 → 2 T e r r a = ∫ 0 h e - W d x = ∫ 0 h e - m g T e r r a d x = - m g T e r r a h e

Passo 3

Agora basta aplicarmos o princípio do trabalho e energia para cada um dos casos. Começando pela trajetória na Terra, temos:

T 1 + U 1 → 2 T e r r a = T 2

m v 2 2 - m g T e r r a h e = m v H 2 2 ⟹ h e = 1 g T e r r a v 2 - v H 2 2

Já para a trajetória da Lua, temos:

T 1 + U 1 → 2 L u a = T 2

m v 2 2 - m g L u a h m = m v H 2 2 ⟹ h m = 1 g L u a v 2 - v H 2 2

Agora, basta compararmos as duas relações. Com isto, temos:

h e g T e r r a = h m g L u a

Como g L u a = 0,165 g T e r r a e h e = 60   m , então, h m será:

h m = 60 0,165 = 363,6   m

E assim finalizamos a questão.

Resposta

h m = 363,6   m

Ver Outros Exercícios desse livro

Exercícios de Livros Relacionados

O bloco de 5 kg é solto do repouso em A . Determine a compressão de cada uma das molas após o bloco atingir a plataforma e ser levado instantaneamente ao repouso. Inicialmente, ambas as molas não estã
Determine a altura h da rampa D que o carrinho da montanha-russa de 200 kg atingirá se for lançado em B com uma velocidade apenas suficiente para dar a volta no topo do loop em C sem deixar os trilhos
Determine a velocidade do bloco A de 30 kg se os dois blocos são soltos do repouso e o bloco B de 20 kg se desloca 0,6 m subindo o plano inclinado. O coeficiente de atrito cinético entre ambos os bloc
As duas rodas do Prob. 6/82, mostradas aqui novamente, representam duas condições extremas de distribuição de massa. Para o caso A toda a massa m é assumida como sendo concentrada no centro do aro, na
Cada uma das barras articuladas possui uma massa ρ por unidade de comprimento, e o conjunto está suspenso em O , no plano vertical. Se as barras são liberadas a partir do repouso com θ praticamente nu