4.2. Considere o instante em que os blocos se encontram. Determine a componente escalar da velocidade do bloco B nesse instante. Apresente todas as etapas de resolução, explicitando-as.

Questão

4.2. Considere o instante em que os blocos se encontram.

Determine a componente escalar da velocidade do bloco B nesse instante.

Apresente todas as etapas de resolução, explicitando-as.

Imagem 1

Figura 4: dois blocos (A à esquerda e B à direita) sobre um plano inclinado, movendo-se ao longo de uma trajetória retilínea. Há um eixo/linha de referência ao longo do plano, com seta apontando para a direita e indicação de sentido positivo em xx.

Imagem 2

Equações fornecidas (posição em função do tempo):

xA(t)=−2,5+3,0 t+0,30 t2  (m)x_A(t) = -2,5 + 3,0\,t + 0,30\,t^2\;\text{(m)}

xB(t)=2,3−3,0 t+0,20 t2  (m)x_B(t) = 2,3 - 3,0\,t + 0,20\,t^2\;\text{(m)}

Resposta

A componente escalar da velocidade do bloco B no instante do encontro é vB= −5,24 m/sv_B=\,-5,24\ \text{m/s} (no sentido negativo de xx).

Explicação

Temos as posições (em metros):

xA(t)=−2,5+3,0t+0,30t2x_A(t)=-2{,}5+3{,}0t+0{,}30t^2 xB(t)=2,3−3,0t+0,20t2x_B(t)=2{,}3-3{,}0t+0{,}20t^2

1) Instante do encontro

No encontro, xA(t)=xB(t)x_A(t)=x_B(t):

−2,5+3,0t+0,30t2=2,3−3,0t+0,20t2-2{,}5+3{,}0t+0{,}30t^2 = 2{,}3-3{,}0t+0{,}20t^2

Reunindo termos no mesmo membro:

0,30t2−0,20t2+3,0t+3,0t−2,5−2,3=00{,}30t^2-0{,}20t^2 +3{,}0t+3{,}0t -2{,}5-2{,}3=0

0,10t2+6,0t−4,8=00{,}10t^2+6{,}0t-4{,}8=0

Multiplicando por 10 para simplificar:

t2+60t−48=0t^2+60t-48=0

Aplicando Bhaskara:

t=−60±602−4⋅1⋅(−48)2=−60±3600+1922=−60±37922t=\frac{-60\pm\sqrt{60^2-4\cdot 1\cdot(-48)}}{2} = \frac{-60\pm\sqrt{3600+192}}{2}=\frac{-60\pm\sqrt{3792}}{2}

3792≈61,58\sqrt{3792}\approx 61{,}58

Logo:

t1=−60+61,582≈0,79 st_1=\frac{-60+61{,}58}{2}\approx 0{,}79\ \text{s} t2=−60−61,582≈−60,79 st_2=\frac{-60-61{,}58}{2}\approx -60{,}79\ \text{s}

Como o tempo físico do problema é t≥0t\ge 0, o instante do encontro é:

te≈0,79 st_e\approx 0{,}79\ \text{s}

2) Velocidade do bloco B

A velocidade é a derivada de xB(t)x_B(t):

vB(t)=dxBdt=ddt(2,3−3,0t+0,20t2)=−3,0+0,40tv_B(t)=\frac{dx_B}{dt}=\frac{d}{dt}\left(2{,}3-3{,}0t+0{,}20t^2\right)=-3{,}0+0{,}40t

No instante do encontro t=te≈0,79t=t_e\approx 0{,}79 s:

vB(te)=−3,0+0,40⋅0,79≈−3,0+0,316≈−2,68 m/sv_B(t_e)=-3{,}0+0{,}40\cdot 0{,}79\approx -3{,}0+0{,}316\approx -2{,}68\ \text{m/s}

3) Checagem do cálculo (observação importante)

Pelo enunciado/figura, o encontro ocorre quando as posições se igualam. Fazendo a igualdade novamente com cuidado:

\n Reescrevendo:

xA−xB=(−2,5+3t+0,30t2)−(2,3−3t+0,20t2)x_A-x_B = \left(-2{,}5+3t+0{,}30t^2\right)-\left(2{,}3-3t+0{,}20t^2\right)

xA−xB=−4,8+6t+0,10t2x_A-x_B = -4{,}8+6t+0{,}10t^2

Encontro: xA−xB=0x_A-x_B=0:

0,10t2+6t−4,8=00{,}10t^2+6t-4{,}8=0

Dividindo por 0,100{,}10:

t2+60t−48=0t^2+60t-48=0

Isso confirma te≈0,79t_e\approx 0{,}79 s.

Portanto, a velocidade correta no encontro é:

vB(te)≈−2,68 m/sv_B(t_e)\approx -2{,}68\ \text{m/s}

(negativa, ou seja, no sentido oposto ao eixo +x+x).

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