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Uma partı́cula está presa a um sistema cuja energia potencial conservativa é dada por U(x,y,z) = F0 z + 1/2k(x2 + y2), onde F0 e k são constante...

Uma partı́cula está presa a um sistema cuja energia potencial conservativa é dada por U(x,y,z) = F0 z + 1/2k(x2 + y2), onde F0 e k são constantes positivas. A partı́cula só pode se mover no semi-espaço z≥ 0. . ;
(a) (1,5 ponto): Calcule a força F =−∇U que atua na partı́cula
(b) (1,0 ponto): Decomponha a força em componentes na direção do plano (x,y) e na direção do eixo ẑ
(c) (0,5 ponto): Quais são os tipos dessas forças?

A partı́cula está presa a um sistema cuja energia potencial conservativa é dada por U(x,y,z) = F0 z + 1/2k(x2 + y2), onde F0 e k são constantes positivas.
A partı́cula só pode se mover no semi-espaço z≥ 0.
Deve-se calcular a força F =−∇U que atua na partı́cula.
Deve-se decompor a força em componentes na direção do plano (x,y) e na direção do eixo ẑ.
Deve-se identificar os tipos dessas forças.

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P2_2017_2_F1
2 pág.

Física I Centro Federal de Educação Tecnológica Celso Suckow da FonsecaCentro Federal de Educação Tecnológica Celso Suckow da Fonseca

💡 1 Resposta

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(a) Para calcular a força F = -∇U, precisamos calcular o gradiente da energia potencial U(x,y,z): F = -∇U = -(-F0i - kxi) - (-F0j - kyj) - (kzk) = (kx)i + (ky)j + (F0 - kz)k (b) Para decompor a força em componentes na direção do plano (x,y) e na direção do eixo ẑ, basta separar os termos correspondentes: F(x,y) = (kx)i + (ky)j F(z) = (F0 - kz)k (c) A força na direção do plano (x,y) é uma força centrípeta, pois é perpendicular à velocidade da partícula e aponta para o centro do movimento circular. Já a força na direção do eixo z é uma força peso, pois aponta para baixo e é proporcional à massa da partícula.

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