PF – Física 4 – UFRJ – 2022.2 – Questão D2
Em relação a um referencial inercial , no instante de tempo , uma partícula se encontra na posição , , ) e velocidade . Outra partícula possui velocidade e posição , , ), onde , em relação à . Um referencial inercial se move com velocidade de em relação ao referencial inercial . Determine, em função dos dados do enunciado e substituindo todas as constantes pelos seus respectivos valores, i) a posição e o instante de tempo, em relação ao referencial , para os quais a partícula alcança a partícula ; e ii) a velocidade relativa da partícula em relação ao referencial da partícula (módulo, direção e sentido).
Passo 1
Bom galera... nessa questão temos duas partículas que se movimentam e se encontram em um dado instante de tempo.
Para um referencial , já sabemos as velocidades e posições iniciais das partículas, portanto, podemos encontrar o tempo e a posição que elas se encontram nesse referencial, fazendo.
Após, podemos usar as transformações de Lorentz para encontrar essa posição e tempo em um referencial .
Por fim, na última parte da questão, queremos encontrar a velocidade relativa da partícula em relação ao referencial da partícula , e para isso vamos considerar o referencial da partícula como sendo o nosso referencial da transformação de Lorentz.
Passo 2
No referencial , temos para a partícula que:
E para a partícula , temos que:
Queremos que , portanto:
E substituindo , teremos que:
Portanto, no referencial inercial , esse evento ocorre com coordenadas
Passo 3
Para a transformação de Lorentz, como o referencial se movimenta para trás, precisamos notar que vai se comportar como e vai se comportar como , portanto, faremos uma transformação do referencial para o referencial , com o referencial se movimentando com
Dessa forma,
E o tempo , será:
Passo 4
Por fim, vamos encontrar a velocidade da nave no referencial de .
Para isso, vamos considerar o referencial como nosso referencial . A velocidade da nave é a nossa velocidade . E queremos transformar essa velocidade para um referencial que se movimenta na velocidade de que é .
Realizando portanto a transformação de Lorentz para velocidade, teremos:
Portanto, a velocidade é
Resposta
i)
ii)