Enunciado

Um sistema de 8 kg de massa, inicialmente movendo-se horizontalmente com uma velocidade de 30 m/s, experimenta uma desaceleração horizontal constante de 3 m/s² devido à ação de uma força resultante. Como consequência, o sistema atinge o repouso. Determine a magnitude da força resultante, em N, a quantidade de energia transferida por trabalho, em kJ, e a distância total, em m, que o sistema percorre.

Passo 1

Primeiramente, vamos dar uma analisada nos dados do enunciado!

Foi dito que o sistema tem uma massa, que vamos chamar de m, de 8 kg e uma velocidade inicial, v 0 , de 30 m/s.

m = 8   k g v 0 = 30   m / s

Beleza! Agora ele nos conta que esse sistema sofre uma desaceleração, ou seja, uma aceleração, a, negativa de 3 m/s² devido a uma força resultante F r . Se a aceleração é negativa, temos que ela está contrária ao movimento do sistema, assim como a força que a promove também vai estar. Vamos desenhar para facilitar a visualização!

E antes que a gente esqueça, temos mais uma informação importante dada! Temos que no fim do processo o sistema atinge o repouso! Então reunindo todos os dados temos:

m = 8   k g v 0 = 30   m / s a =   - 3   m / s ² F r = F r v f = 0   m / s

Passo 2

Com o sistema já todo esquematizado podemos colocar a mão na massa!

Vamos começar com o cálculo do primeiro pedido. A força resultante.

Ela pode ser achada através da aplicação da 2ª Lei de Newton no sistema:

F r = m . a F r = 8 . - 3 F r =   - 24   N

Tranquilo né? Vamos em frente!

Passo 3

Próximo passo é achar o trabalho realizado por essa força. Estamos acostumados a usar a seguinte fórmula para o cálculo do trabalho:

W = ∫ F . d s

Mas não temos nenhuma informação até aqui sobre o deslocamento do nosso sistema! E agora?

Nesse caso, podemos usar o Teorema da Energia Cinética! Esse teorema nos diz que o trabalho W realizado sobre um corpo é igual à variação da energia cinética, ∆ K , desse corpo. Com isso podemos calcular o trabalho realizado:

W = ∆ K W = 1 2 . m . v f 2 - v 0 2 W = 1 2 . 8 . 0 2 - 30 2 W = -   3600   J

Como a questão nos pede em kJ:

W =   - 3,6   k J

Passo 4

Por último, mas não menos importante, vamos para o cálculo do deslocamento. Como já temos calculado o trabalho realizado sobre o sistema e a força que atua sobre ele, podemos então utilizar a nossa velha conhecida:

W = ∫ F r . d s

Como temos a força atuando de maneira constante, podemos coloca-la para fora da integral e calcular o nosso deslocamento:

W = F r . ∫ d s

W = F r . Δ S

Δ S = W F r

Δ S = - 3600 - 24

Δ S = 150   m

Resposta

F r =   - 24   N W =   - 3,6   k J Δ S = 150   m

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