Enunciado

Em um dado instante, um carro desloca-se ao longo de uma estrada curva circular com uma velocidade escalar de 20   m / s enquanto diminui sua velocidade escalar em uma taxa de 3   m / s 2 . Se a intensidade da aceleração do carro é 5   m / s 2 , determine o raio de curvatura da estrada.

Passo 1

Temos um problema de movimento curvilíneo! Vamos extrair todas as informações da questão. Se um carro tem velocidade escalar de 20   m / s , sabemos que v = 20   m / s . Se esta velocidade escalar diminui a uma taxa constante de 3   m / s 2 , pela unidade era de se esperar que tratamos de uma aceleração. Mas qual aceleração??? Como ela é responsável por diminuir a velocidade do carro, e o carro só possui velocidade tangente a curva, logo, tratamos de uma aceleração tangente a t = 3   m / s 2 . Por fim, temos o módulo da aceleração a = 5   m / s 2 .

Portanto, precisamos determinar o raio de curvatura, através do componente normal da aceleração, que satisfaça as relações acima!

Passo 2

Inicialmente, escreveremos as relações físicas do nosso problema. O módulo da aceleração é dado por:

a = a t 2 + a n 2 = 5

Reescrevendo,

a n 2 = 25 - a t 2

E como a t = 3 ,

a n 2 = 25 - 9 = 16

Portanto, a componente normal da aceleração é a n = 3   m / s 2

Passo 3

Precisamos relacionar agora o valor de a n com o raio da curvatura. Para isto, utilizaremos a seguinte relação

a n = v 2 ρ

ρ = v 2 a n

Substituindo os valores, obtemos:

ρ = 20 2 4 = 100   m / s 2

Resposta

ρ = 100   m / s 2

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