SóProvas


ID
1941826
Banca
Marinha
Órgão
CEM
Ano
2013
Provas
Disciplina
Física
Assuntos

Uma mola de comprimento natural 3 m e de constante elástica 10 N/m tem uma extremidade fixada a 10 m do solo e, em sua outra extremidade, está preso um corpo de 2 Kg. No instante t0, esse corpo se encontra a uma altura de 9 m do solo, com velocidade nula. Sabendo que o movimento subsequente desse corpo se dá sobre a reta vertical em que a mola se encontra e que tal corpo sofre apenas a ação das forças elástica e gravitacional, qual é a intensidade da velocidade máxima que esse corpo atingirá em seu movimento?

Considere a aceleração da gravidade g=10m/s2 .

Alternativas
Comentários
  • Se a mola tem  quando está relaxada, com o peso do corpo a distensão é de:  e a mola está na PE (posição de equilíbrio).

    Figura 2:

    Se em  o corpo está a  do solo é porque a mola teve um encolhimento de  e o peso oscila entre as posições .

    Ao passar pela PE a velocidade é máxima. Considerando que a energia mecânica se conserva e por isso é a mesma em A e na PE:

    No ponto  a mola tem uma energia potencial elástica e uma energia potencial gravitacional: 

    Quando o peso passa pela PE tem uma energia cinética, uma energia potencial elástica e uma energia potencial gravitacional. Considerando que a mola na PE distendeu-se de  e o corpo está a  do solo:

    Se 

    Créditos:

  • Por conservação de energias, temos:

    Soma energias inicial = Soma energias final.

    En. pot. grav + En. pot. ela + En.cinética

    m.g.h1 + ((-kx^2)/2)+(m.v^2)/2, onde Delta x é a deformação da mola. Como diz-se que o comprimento natural da mola é de 3m e uma de suas extremidades está a 10 metros do solo, e a outra a 9 metros, ocorreu uma compressão da mesma de 2 metros ( 10 - 3 = 7 metros sem a compressão, porém, o corpo está 9 metros, havendo (9-7) 2 metros de deformação no primeiro instante).

    No segundo instante, onde a velocidade é máxima, a mola estará toda estendida, logo, não haverá energia potencial elástica.

    Deformação da mola pelo corpo: Delta x= m.g/k , resultando em 2 metros. Agora, unindo os resultados, temos:

    2.10.9 -10.(2^2)/2=(2.vf^2)/2 + 2.10.(9-3-2), onde, (9-3-2) é a altura do corpo inicialmente menos o comprimento natural da mola mais a sua deformação pela força peso .

    vf^2=180-20-80 --> Vf= (80)^1/2, ou 4 raiz 5 [m/s]. Resposta B.

  • Essa questão confunde legal.

    Inicialmente pensa-se que a velocidade máxima acontece quando x = 0, porém a força peso é constante e atua em todo tempo.

    Para velocidade máxima a aceleração zera e, portanto, mg = kx => x = mg/k = 2 que é a mesma deformação inicial. Então, as energias elásticas se cancelam.

    Daí, mv²/2 +mg(h2) = mg(h1)

    h1 = 9m

    h2 = 9 - 2 - 2 = 5 (primeiro dois pra voltar ao comprimento de 3 m e segundo dois para distender pra posição de máx velocidade)

    v² = 2g(9-5) = 2.10.4 = 80

    V = raiz(80)

    Letra B

  • A velocidade máxima está quando não há mais energia elástica, assim sendo:

    1)

    Eela = 2*(2)^2/2 = 20 J e Epot = 2*10*9

    2)

    Ec = 2*v^2/2 = v^2 e Epot = 5*10*2(ponto equilibrio força elástica com a força da gravidade, cuidado! Observem que o ponto de equilibrio foi alterado pela força da gravidade!) Neste pode há também que se considerar a energia elástica:

    2*2^2/2

    igualando 1) e 2):

    20 J + 2*10*9 J = v^2 + 5*10*2 J + 2*2^2/2 J

    v = 4*raiz(5)

    Obs: para encontrar ponto de equilibrio, basta igualar as forças da gravidade com a força elástica:

    mg = kx, neste caso, x =2, igual ao valor de compressão dado pela questão: 2.

    Espero que tenha ajudado.