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A figura abaixo mostra a vista superior de um anel de raio R que está contido em um plano horizontal e que serve de trilho, para que uma pequena c...

A figura abaixo mostra a vista superior de um anel de raio R que está contido em um plano horizontal e que serve de trilho, para que uma pequena conta de massa m se movimente sobre ele sem atrito. Uma mola de constante elástica k e o comprimento natural R, com uma extremidade fixa no ponto A do anel e com a outra ligada à conta, irá movê-la no sentido anti-horário. Inicialmente, a conta está em repouso e localiza-se no ponto B, que é diametralmente oposto ao ponto A. Se P é um ponto qualquer e θ é o ângulo entre os segmentos AB e AP, a velocidade da conta, ao passar por P, é

a) k/R |cosθ|/m
b) k/2R senθ/m
c) k/R |cosθ senθ|/m
d) 2k/2R (cosθ cosθ)/m
e) k/R senθ cosθ/m

Essa pergunta também está no material:

08 16 - (Lista - Conservação de energia mecânica em movimentos circulares)
3 pág.

Respostas

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A resposta correta é a letra b) k/2R senθ/m. A força elástica da mola é dada por F = -kx, onde k é a constante elástica da mola e x é a deformação da mola a partir do seu comprimento natural. No ponto B, a mola está relaxada, então a força resultante sobre a conta é zero. Quando a conta se move para o ponto P, a mola é esticada e a força resultante sobre a conta é dada por F = -k(Rsenθ - R). Pela segunda lei de Newton, F = ma, onde a é a aceleração da conta. Como não há atrito, a aceleração tangencial é zero e a aceleração resultante é a aceleração centrípeta. Assim, temos que -k(Rsenθ - R) = m(Rw²), onde w é a velocidade angular da conta. A velocidade angular é dada por w = v/R, onde v é a velocidade linear da conta. Então, temos que -k(Rsenθ - R) = mv²/R. Resolvendo para v, temos v = (k/2R)senθ/m, que é a resposta da letra b).

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