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Uma carreta sobe uma estrada …

Quest脙拢o: Uma carreta sobe uma estrada cuja inclina脙搂脙拢o em rela脙搂脙拢o 脙聽 horizontal 脙漏 de 30脗掳, a uma velocidade de 40km/h. A for脙搂a resistiva 脙漏 igual a 0,75 do peso da carreta. Que velocidade teria a mesma carreta se descesse a estrada com a mesma pot脙陋ncia?

Resposta:

Generalizando, vou chamar o 脙垄ngulo de 脦藴 e o coeficiente da or脙搂a resistiva de 脧藛.

Subida
Figura 1 – A subida

Essa for脙搂a resistiva n脙拢o 脙漏 exatamente o atrito, porque se fosse o atrito ter脙颅amos de calcular as componentes do peso para descobrir a normal. O trabalho exercido por essa for脙搂a resistiva 脙漏 igual a for脙搂a 脧藛脗路m脗路g vezes a dist脙垄ncia d.

Na subida:
Ea=Eb
onde

  • Ea = m脗路v脗虏/2 + Em
  • Eb = m脗路v脗虏/2 + m脗路g脗路h + 脧藛脗路m脗路g脗路d

A carreta ira de um certo ponto A para um certo ponto B com uma mesma velocidade, a in脙漏rcia pode cuidar disso. Mas a carreta precisa de alguma energia para converter em energia potencial gravitacional e na energia gasta pelo atrito. Essa energia vamos chamar de Em, a energia do motor. A carreta j脙隆 parte com essa energia guardada para ser transformada em outras formas de energia. Podemos ver isso como o combust脙颅vel do ve脙颅culo. Note que nenhuma energia aparece ou se perde.

Igualando as duas equa脙搂脙碌es temos:

  • m脗路v脗虏/2 + Em = m脗路v脗虏/2 + m脗路g脗路h + 脧藛脗路m脗路g脗路d

cortando a energia cin脙漏tica dos dois lados e como h = d脗路sen脦藴:

  • Em = m脗路g脗路d脗路sen脦藴 + 脧藛脗路m脗路g脗路d

colocando d em evid脙陋ncia:

  • Em = d脗路(m脗路g脗路sen脦藴 + 脧藛脗路m脗路g)

A pot脙陋ncia do motor na subida 脙漏 dada pelo trabalho desenvolvido pelo motor dividido pelo tempo levado para subir do ponto A at脙漏 o ponto B.

  • Pm = Em/t

Como eu n脙拢o tenho esse tempo eu posso dizer que o tempo 脙漏 igual 脙聽 dist脙垄ncia dividida pela velocidade.

  • Pm = Em/(d/v)
  • Pm = Em脗路v/d

Substituindo Em:

  • Pm = d脗路(m脗路g脗路sen脦藴 + 脧藛脗路m脗路g)脗路v/d
  • Pm = (m脗路g脗路sen脦藴 + 脧藛脗路m脗路g)脗路v
  • Pm = v脗路m脗路g脗路(sen脦藴 + 脧藛)

Na descida:

Descida
Figura 2 – A descida

Usando o mesmo racioc脙颅nio e nota脙搂脙拢o da subida temos:

Ea=Eb
onde

  • Ea = m脗路v脗虏/2 + 脧藛脗路m脗路g脗路d
  • Eb = m脗路v脗虏/2 + m脗路g脗路h + Em

igualando as duas equa脙搂脙碌es:

  • m脗路v脗虏/2 + 脧藛脗路m脗路g脗路d = m脗路v脗虏/2 + m脗路g脗路h + Em
  • 脧藛脗路m脗路g脗路d = m脗路g脗路h + Em
  • Em = 脧藛脗路m脗路g脗路d – m脗路g脗路h

Como h = d脗路sen脦藴:

  • Em = 脧藛脗路m脗路g脗路d – m脗路g脗路d脗路sen脦藴
  • Em = d脗路m脗路g脗路(脧藛 – sen脦藴)

A pot脙陋ncia do motor 脙漏 dada pelo trabalho sobre o tempo:

  • Pm = Em/t

Novamente n脙拢o conhecemos o tempo mas sabemos que ele 脙漏 a dist脙垄ncia sobre a velocidade, que vou chamar de v linha para diferenciar da velocidade da carreta na subida:

  • Pm = Em/(d/v’)
  • Pm = Em脗路v’/d

Substituindo Em:

  • Pm = d脗路m脗路g脗路(脧藛 – sen脦藴)脗路v’/d
  • Pm = v’脗路m脗路g脗路(脧藛 – sen脦藴)

Como queremos que a pot脙陋ncia na subida seja igual a pot脙陋ncia na descida, igualamos as equa脙搂脙碌es das pot脙陋ncias:

  • v脗路m脗路g脗路(sen脦藴 + 脧藛) = v’脗路m脗路g脗路(脧藛 – sen脦藴)
  • v脗路(sen脦藴 + 脧藛) = v’脗路(脧藛 – sen脦藴)
  • v’脗路(脧藛 – sen脦藴) = v脗路(sen脦藴 + 脧藛)
  • v’ = v脗路(sen脦藴 + 脧藛) / (脧藛 – sen脦藴)

Note que nesse problema, a velocidade na descida s脙鲁 depende da velocidade na subida, o coeficiente da for脙搂a resistiva e do 脙垄ngulo 脦藴.

Calculando para v = 40km/h, 脧藛 = 0,75, 脦藴 = 30脗潞 e sen脦藴 = 0,5.

  • v’ = 40km/h脗路(0,5 + 0,75) / (0,75 – 0,5)
  • v’ = 40km/h脗路1,25 / 0,25
  • v’ = 200km/h
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5 Comments

  1. 脙鈥癵uaaaaa! Chega deu um n脙鲁 nos neur脙麓nios.

    Faz um temp脙拢o que n脙拢o via isso. 18 anos atr脙隆s eu era bom nisso! 馃槢

  2. Alessandro, n脙拢o, eu fa脙搂o computa脙搂脙拢o mas temos uma cadeira de f脙颅sica geral. Infelizmente eu n脙拢o sou mais t脙拢o bom em f脙颅sica quanto eu era no ensino m脙漏dio. 馃槢

  3. Emanoel Silva Emanoel Silva

    essa velocidade n脙拢o teria que ser transformada em m/s?

    Sim, 脙漏 uma pergunta ret脙鲁rica. Abra脙搂os.

  4. Luis Verginelli Luis Verginelli

    Muito Te脙鲁rico !! A maior inclina脙搂脙拢o de uma via 脙漏 de 19 graus (No mundo)

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