Enunciado
Mecânica e Resistência dos Materiais - Dinâmica: Mecânica para Engenharia - 12ª Edição - Russel C. Hibbeler- Ed: 12º - Capítulo 12.Problemas - Ex. 106
Um garoto em A tenta jogar uma bola sobre o telhado de um celeiro de tal maneira que ela é lançada em um ângulo de . Determine a velocidade mínima que ele deve jogar a bola de maneira que ela alcance sua altura máxima em C. Também, encontre a distância onde o garoto deve ficar parado de maneira que ele possa fazer o lançamento.
Passo 1
Temos um problema de lançamento oblíquo. Podemos dividir este problema em dois outros problemas: um no eixo e outro no eixo . No eixo a velocidade é constante e no eixo a partícula está sujeita a ação da gravidade. Portanto, vamos analisar cada caso separadamente!
Então, para o eixo vamos utilizar as equações do movimento uniforme:
Enquanto para o movimento no eixo vamos utilizar as equações do movimento uniformemente variado:
Passo 2
Vamos analisar inicialmente o seu deslocamento no eixo . Mas calma lá, muito cuidado nesta hora!!! A posição final da bola será . E a posição inicial? ??? Não! A resposta é simples e clara, não! Olhem o desenho com calma e percebam que . Isto é, a bola não parte do solo. Agora sim, utilizando as equações da cinemática, temos:
Vale lembrar também que temos que decompor a velocidade da seguinte forma:
Agora podemos substituir na equação:
Perceba que a aceleração da gravidade está com sinal negativo porque ela é contrária ou movimento inicial da bola! Voltando:
Bom, chegamos em uma equação que relaciona a velocidade com o tempo . Precisamos então determinar outra equação para poder resolver esse nosso problema.
Passo 3
A chave para esta pergunta está no enunciado da questão. A bola atinge altura máxima em C. Se ele atinge altura máxima, nessa altura máxima sua velocidade em é nula, portanto podemos utilizar a equação da velocidade em :
Então temos, agora, mais uma equação com as mesmas incógnitas da anterior. Podemos realizar a substituição.
Passo 4
Substituindo esta relação na equação do Passo 1, teremos as duas equações:
Agora vamos realizar a substituição:
Com este valor da velocidade, podemos calcular o tempo:
Passo 5
Para calcularmos a distância d, basta utilizarmos o valor de na equação da posição da bola no eixo . Portanto, temos: