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Uma rampa, homogênea, de massa m e comprimento L, é inicialmente colocada na horizontal. A extremidade A, dessa rampa, encontra-se acoplada a uma a...

Uma rampa, homogênea, de massa m e comprimento L, é inicialmente colocada na horizontal. A extremidade A, dessa rampa, encontra-se acoplada a uma articulação sem atrito. Na extremidade B está sentado, em repouso, um garoto, também de massa m. Essa extremidade B está presa ao chão, por um fio ideal, e ao teto, por uma mola ideal, de constante elástica k, conforme ilustra a Figura 1. Em um determinado instante o garoto corta o fio. A mola, que está inicialmente deformada de um valor x, passa a erguer lentamente a extremidade B da rampa, fazendo com que o garoto escorregue, sem atrito e sem perder o contato com a rampa, até a extremidade A, conforme Figura 2. Quando o garoto, que neste caso deve ser tratado como partícula, atinge a extremidade A, a mola se encontra em seu comprimento natural (sem deformação) e a rampa estará em repouso e inclinada de um ângulo .θ Considerando g o módulo da aceleração da gravidade local, nessas condições, a velocidade do garoto em A, vale

a) kLx sengm2θΔ−
b) kLx gcosm2θΔ+
c) kx gLcosmθΔ+
d) 2kx gLsenmθΔ−

Essa pergunta também está no material:

08 02 - (Lista - Sistema Conservativos e Não-Conservativos)
12 pág.

Enem Colegio Pedro IIColegio Pedro II

Respostas

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Podemos resolver esse problema usando a conservação de energia mecânica. Inicialmente, a energia mecânica do sistema é dada por: Ei = mgh + (1/2)kx² Onde h é a altura da extremidade B em relação ao solo e x é a deformação da mola. Quando o garoto chega à extremidade A, a energia mecânica do sistema é dada por: Ef = mgh' + (1/2)mv² Onde h' é a altura da extremidade A em relação ao solo e v é a velocidade do garoto em A. Como não há dissipação de energia, temos que Ei = Ef. Substituindo as expressões para Ei e Ef, temos: mgh + (1/2)kx² = mgh' + (1/2)mv² Como o garoto está em repouso em B, temos que h = Lsenθ e h' = 0. Substituindo esses valores, temos: mgLsenθ + (1/2)kx² = (1/2)mv² Isolando v, temos: v = sqrt(2gLsenθ + kx²/m) Substituindo a expressão para h em termos de θ, temos: v = sqrt(2gL(1-cosθ) + kx²/m) Portanto, a alternativa correta é a letra D: v = 2kxsqrt(gLsenθ/m)

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