Um bloco está em MHS, fixo à extremidade mais baixa de uma mola vertical, cuja constante elástica é k = 200 N/m. A amplitude do movimento é de 0,25 m, em relação à posição de equilíbrio. O gráfico da velocidade em função do tempo está indicado na figura abaixo. Qual é a massa do bloco?

Questão

Um bloco está em MHS, fixo à extremidade mais baixa de uma mola vertical, cuja constante elástica é k = 200 N/m. A amplitude do movimento é de 0,25 m, em relação à posição de equilíbrio. O gráfico da velocidade em função do tempo está indicado na figura abaixo. Qual é a massa do bloco?

Resposta

m = 2,0 kg

Explicação

Do gráfico, a velocidade é senoidal e seu valor máximo (amplitude da velocidade) é vmax⁡=2π m/sv_{\max}=2\pi\,\text{m/s}.

No MHS, relacionamos amplitude do deslocamento AA e amplitude da velocidade por:

vmax⁡=ωA v_{\max}=\omega A

Logo,

ω=vmax⁡A=2π0,25=8π rad/s.\omega = \frac{v_{\max}}{A}=\frac{2\pi}{0{,}25}=8\pi\,\text{rad/s}.

Para o sistema massa-mola (vertical, em torno do equilíbrio), vale:

ω=km⇒m=kω2.\omega=\sqrt{\frac{k}{m}} \quad\Rightarrow\quad m=\frac{k}{\omega^2}.

Substituindo k=200 N/mk=200\,\text{N/m} e ω=8π\omega=8\pi:

m=200(8π)2=20064π2≈20064⋅9,87≈0,32 kg. m=\frac{200}{(8\pi)^2}=\frac{200}{64\pi^2}\approx\frac{200}{64\cdot 9{,}87}\approx 0{,}32\,\text{kg}.

Portanto, a massa do bloco é aproximadamente 0,32 kg0{,}32\,\text{kg}.

Alternativa correta: (sem alternativas fornecidas).

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