December 2019 1 243 Report
(Mackenzie-SP) Observe o esquema ao lado. Suponha que a esfera A seja abandonada na posição em que \theta = 90°. São dados: massa de A = 4,0 kg; massa de B = 2,0 kg; coeficiente de atrito entre B e o plano horizontal = 0,20; coeficiente de restituição do choque entre A e B = 0,50.
Após a colisão, o bloco B percorre no plano horizontal uma distância igual a:

a) 3 m
b) 6 m
c) 9 m
d) 5 m
e) 4 m
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\rightarrow Por \ n\tilde{a}o \ estar \ expl\acute{i}cito \ no \ enunciado \ adotaremos \ a \\ resist\hat{e}ncia \ do \ ar \ como \ nula \ . \\
\rightarrow Como \ a \ esfera \ A \ ser\acute{a} \ lan\c{c}anda \ com \ \theta \ = \ 90^\circ \ ( ou \ seja \\ paralela \ ao \ solo \ ) \ , \ temos \ que \ a \ altura \ que \ a \ mesma \ lan\c{c}ada \\ ser\acute{a} \ igual \ ao \ comprimento \ do \ fio \ . \ Logo \ , \ temos \ que \ h \ = \ 1,8 \ m \ .

\rightarrow \ Pelo \ Princ\acute{i}pio \ da \ Conserva\c{c}\tilde{a}o \ de \ Energia \ , \\ \\ \\
\ \ \ \ \ \boxed{\boxed{E_M_x \ = \ E_M_y}} \ \ \ \ \ \ \ \ \ (i) \\ \\ \\
\rightarrow \ Onde \ E_M \ representa \ a \ energia \ mec\hat{a}nica \ do \ sistema \ ; \ x \ , \ y \\ representa \ a \ an\acute{a}lise \ da \ energia \ em \ duas \ situa\c{c}\tilde{o}es \ distintas \ . \\ \\
\rightarrow A \ energia \ mec\hat{a}nica \ pode \ ser \ calculada \ por \ , \\ \\
\boxed{E_M \ = \ E__C \ + \ E_P}

\rightarrow  Onde \ E_P \ representa \ a \ energia \ potencial \ gravitacional \ ; e \\ E_C \ a \ energia \ cin\acute{e}tica . \\
\rightarrow \ E_C \ e \ E_P \ podem \ ser \ calculados \ , \ respectivamente , \ por \ , \\
 \\
\boxed{E_C \ = \  \frac{m.v^2}{2} } \ \ \ \ \ \ e  \ \ \ \ \ \ \boxed{E_P \ = \ m.g.h} \\ \\ \\
\rightarrow \ Onde \ m \ representa \ a \ massa \ do \ corpo \ ; \ v \ a \\ velocidade \ relativa \ do \ corpo \ ; e \ h \ a \ altura \ relativa \ do \ corpo \ .

\rightarrow \ Retomando \ a \ (i) \ , \ temos \ que \ : \\ \\
E_M_x \ = \ E_M_y \\
E_C_x + \ E_P_x \ = \ E_C_y \ + \ E_P_y \\ \\
\rightarrow \ Na \ situa\c{c}\tilde{a}o \ x \ temos \ que \ V_x' \ = \ 0 \ m/s \ ( solto \ a \ partir \ do \\ repouso) \ ; \ e \ na \ situa\c{c}\tilde{a}o \ y \ temos \ que \ h \ \ = \ 0 \ m \ .


 \frac{m.v_x^2}{2} \ + \ m.g.h_x \ = \  \frac{m.v_y^2}{2} \ + \ m.g.h_y \\
 \frac{m.(0)^2}{2} \ + m.(10).(1,8) \ = \  \frac{m.v_y^2}{2} \ + \ m.g.(0) \\
2.m.(1,8).(10) \ = \ m.v_y^2 \\
v_y \ = \ 6 \ m/s

\rightarrow \ Pelo \ fato \ do \ coeficiente \ de \ restitui\c{c}\tilde{a}o \ ser \ diferente \ de \\ zero \ e \ de \ um \ temos \ uma \ colis\tilde{a}o \ parcialmente \ el\acute{a}stica \ . \\
\rightarrow \ A \ velocidade \ do \ corpo \ A \ apos \ o \ impacto\ ent\tilde{a}o \ \\ pode \ ser \ calculada \ por \ : \\ \\ \\
\boxed{\boxed{e \ =  \frac{v_{depois}}{v_{antes}} }} \\ \\ \\ 
0,5 \ = \  \frac{v_{depois}}{6} \\
v_{depois} \ = \  3 \ m/s

\rightarrow \ Sendo \ v_{depois} \ representada \ agora \ v_A' \ . \ Logo \ , \ v_A' \ = \ 3 \ m/s

\ Para \ descobrir \ a \ velocidade \ que \ o \ corpo \ B \ ir\acute{a} \ adquiri \\ apos \ a \ colis\tilde{a}o \ utilizaremos \ o \ Princ\acute{i}pio \ da \ Conserva\c{c}\tilde{a}o \\ de \ Movimento \ , \\ \\ \\
\boxed{\boxed{\Delta Q \ = \ O}} \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ (ii) \\ \\ \\
Assim \ , \ temos \ que \ : \\ \\
Q' \ = \ Q'' \\  \\
\rightarrow Onde \ Q \ representa \ a quantidade \ de \ movimento \ ; \ e \ Q' \ e \ Q'' \\ as \ situa\c{c}\tilde{o}es \ analisadas

m_a \ . \ v_a' \ + \ m_b\ . \ v_b' \ = \ m_a \ . \ v_a'' \ + \ m_b \ . \ v_b''

\rightarrow \ Temos que \ v_b' \ = \ 0 \ m/s \ por \ estar \ em \ repouso \ sobre \ o \ plano , \\ logo : \\ \\
4.(6) \ + \ 2.(0) \ = \ 4.(3) \ + \ 2.(v_b'') \\
v_b'' \ = \ 6 \ m/s

\rightarrow \ Para \ descobrirmos \ a \ dist\hat{a}ncia \ percorrida \ pelo \ corpo \ B \\ apos \ colis\tilde{a}o \ recorreremos \ ao \ Teorema \ da \ Energia \ Cin\acute{e}tica \ , \\ \\
\boxed{\boxed{T_E_C \ = \ \Delta E_C }} \ \ \ \ \ \Rightarrow \ \ \ \ \ \ \boxed{\boxed{T_E_C \ = \ E_C_f - E_C_i}} \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ (iii)

\rightarrow Sendo \ T_E_C \ = \ T \ = \ F \ . d \ . \ cos \ \theta

\rightarrow \ Onde \ F \ representa \ a \ forc\{c}a \ analisada \ ; \ d \ a \ dist\hat{a}ncia \\ percorrida \ ; \ e \ \theta \ o \ \hat{a}ngulo \ entre \ a \ for\c{c}a  \ e \ o \ sentido \ do \\ deslocamento \\ \\
\rightarrow \ Nessa \ quest\tilde{a}o \ em \ si \ adotaremos \ o \ trabalho \ da \ for\c{c}a \\ resultante \ que \ \acute{e} \ a for\c{c}a \ de \ atrito \ ( F_A_T) \ .

\rightarrow Tendo \ isso \ em \ vista , \ o \ \hat{a}ngulo \ \theta \ entre \ a \ for\c{c}a \ resultante \\ e \ o \ deslocamento \ \acute{e} \ 180^\circ \\ \\
\rightarrow \ Retomando \ a \ (iii) \ , \\ \\
T_E_C \ = \ \Delta E_C \\ 
F_R \ . \ d . \ cos \theta \ = \  \frac{m \ . \ v_f^2}{2} \ - \  \frac{m \ . v_i^2}{2}

\rightarrow \ Lembrando \ que \ v_i \ = v_b'' \ = \ 6 \ m/s \ ; \ e \ que \ v_f \ = \ 0 \ m/s \\ \\ 

F_A_T \ . \ d \ . \ cos \ \theta \ = \  \frac{m \ . \ (0)^2}{2} -  \frac{m \ . \ (6)^2}{2} \\ \mu \ . \ m_B \ . \ g \ . \ d \ . \ (-1) . 2 = \ m \ . \ 36 \ . \ (-1) \\
0,2 \ . \ . \ 10 \ . \ d \ . \ 2 \ = \ 36 \\
d \ = \ 9 \ metros \\ \\
\boxed{d \ = \ 9 \ metros \ \  , \ letra \ c}
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