Um carrinho de massa 4 Kg, inicialmente parado, sofre a ação de uma força F, cujo o módulo varia com o tempo, de acordo com o gráfico abaixo: A velocidade do carrinho no instante t = 3,0 s tem valor, em m/s.

Questão

Um carrinho de massa 4 Kg, inicialmente parado, sofre a ação de uma força F, cujo o módulo varia com o tempo, de acordo com o gráfico abaixo:

A velocidade do carrinho no instante t = 3,0 s tem valor, em m/s.

Alternativas

A

8 m/s

B

0,5 m/s

C
Resposta certa

4 m/s

D

1,0 m/s

E

2,0 m/s

Explicação

Como o carrinho (massa m=4 kgm=4\,\text{kg}) parte do repouso, podemos usar o impulso para achar a variação de quantidade de movimento:

J=∫03F(t) dt=Δp=m vJ=\int_0^{3}F(t)\,dt=\Delta p=m\,v

Pelo gráfico (e pela função por partes):

  • De 00 a 2 s2\,\text{s}: F(t)=4tF(t)=4t.
  • De 22 a 3 s3\,\text{s}: F(t)=8 NF(t)=8\,\text{N}.

Então,

J=∫024t dt+∫238 dtJ=\int_0^{2}4t\,dt+\int_{2}^{3}8\,dt

  1. Primeiro trecho: ∫024t dt=4⋅[t22]02=4⋅42=8 N\cdotps\int_0^{2}4t\,dt=4\cdot\left[\frac{t^2}{2}\right]_0^{2}=4\cdot\frac{4}{2}=8\,\text{N·s}

  2. Segundo trecho: ∫238 dt=8⋅(3−2)=8 N\cdotps\int_{2}^{3}8\,dt=8\cdot(3-2)=8\,\text{N·s}

Logo, J=8+8=16 N\cdotpsJ=8+8=16\,\text{N·s}

Como J=m vJ=m\,v e m=4 kgm=4\,\text{kg}: v=164=4 m/sv=\frac{16}{4}=4\,\text{m/s}

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