Um sistema de partículas é composto por três partículas A, B e C, de massas 3,0 kg, 5,0 kg e 2,0 kg, respetivamente, em repouso e dispostas nos vértices de um triângulo equilátero de 2,0 m de lado, contido num plano horizontal. Determina a posição do centro de massa desse sistema.

Questão

Um sistema de partículas é composto por três partículas A, B e C, de massas 3,0 kg, 5,0 kg e 2,0 kg, respetivamente, em repouso e dispostas nos vértices de um triângulo equilátero de 2,0 m de lado, contido num plano horizontal. Determina a posição do centro de massa desse sistema.

Resposta

Tomando o triângulo equilátero de lado 2,0 m2,0\,\text{m} com A(0,0)A(0,0), B(2,0)B(2,0) e C(1,3)C(1,\sqrt{3}), o centro de massa é (xCM,yCM)=(610,35) m=(0,60 m, 0,346 m).\left(x_{CM},y_{CM}\right)=\left(\frac{6}{10},\frac{\sqrt{3}}{5}\right)\,\text{m}=(0{,}60\,\text{m},\,0{,}346\,\text{m}).

Explicação

Escolha um sistema de coordenadas no plano horizontal. Coloque o triângulo equilátero de lado L=2,0 mL=2,0\,\text{m} com:

  • A=(0,0)A=(0,0)
  • B=(2,0)B=(2,0)
  • C=(1,h)C=(1,h), onde a altura do equilátero é h=32L=3 mh=\frac{\sqrt{3}}{2}L=\sqrt{3}\,\text{m}.

Massas: mA=3,0m_A=3,0, mB=5,0m_B=5,0, mC=2,0m_C=2,0 (kg). Massa total: M=mA+mB+mC=3+5+2=10 kg.M=m_A+m_B+m_C=3+5+2=10\,\text{kg}.

Centro de massa no plano: xCM=∑mixiM,yCM=∑miyiM.x_{CM}=\frac{\sum m_i x_i}{M},\qquad y_{CM}=\frac{\sum m_i y_i}{M}.

Cálculo de xCMx_{CM}: xCM=3⋅0+5⋅2+2⋅110=0+10+210=1210=1,2 m.x_{CM}=\frac{3\cdot 0 + 5\cdot 2 + 2\cdot 1}{10}=\frac{0+10+2}{10}=\frac{12}{10}=1{,}2\,\text{m}.

Cálculo de yCMy_{CM}: yCM=3⋅0+5⋅0+2⋅310=2310=35 m≈0,346 m.y_{CM}=\frac{3\cdot 0 + 5\cdot 0 + 2\cdot \sqrt{3}}{10}=\frac{2\sqrt{3}}{10}=\frac{\sqrt{3}}{5}\,\text{m}\approx 0{,}346\,\text{m}.

Logo, em relação ao referencial escolhido (com AA na origem e ABAB sobre o eixo xx), (xCM,yCM)=(1,2 m, 0,346 m).\boxed{(x_{CM},y_{CM})=\left(1{,}2\,\text{m},\,0{,}346\,\text{m}\right).}

(Observação: a posição numérica depende apenas do referencial escolhido; a localização física é única no triângulo.)

Carregando…

Questões relacionadas

Ver últimas questões