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Uma empresa de demolição utiliza um guindaste, extremamente massivo, que se mantém em repouso e em equilíbrio estável no solo durante todo o proces...

Uma empresa de demolição utiliza um guindaste, extremamente massivo, que se mantém em repouso e em equilíbrio estável no solo durante todo o processo. Ao braço superior fixo da treliça do guindaste, ponto O, prende-se um cabo, de massa desprezível e inextensível, de 10 m de comprimento. A outra extremidade do cabo é presa a uma bola de 300 kg que parte do repouso, com o cabo esticado, do ponto A. Sabe-se que a trajetória da bola, contida em um plano vertical, do ponto A até o ponto B, é um arco de circunferência com centro no ponto O; que o módulo da velocidade da bola no ponto B, imediatamente antes de atingir a estrutura do prédio, é de 2 m/s; que o choque frontal da bola com o prédio dura 0,02 s; e que depois desse intervalo de tempo a bola para instantaneamente. Desprezando a resistência do ar e adotando g = 10 m/s2, calcule, em newtons, o módulo da força de tração no cabo no instante em que a bola é abandonada do repouso no ponto A.

Essa pergunta também está no material:

Estudo Ativo Vol 2 - Ciências da Natureza-271-273
3 pág.

Enem Colégio Dom BoscoColégio Dom Bosco

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Para calcular a força de tração no cabo no instante em que a bola é abandonada do repouso no ponto A, podemos utilizar a conservação da energia mecânica. Como a bola é abandonada do repouso, sua energia cinética inicial é nula. No ponto B, a bola tem velocidade de 2 m/s, portanto sua energia cinética é (1/2) * 300 * 2^2 = 600 J. A energia potencial gravitacional da bola no ponto A é mgh, onde m é a massa da bola, g é a aceleração da gravidade e h é a altura do ponto A em relação ao ponto O. Como a trajetória da bola é um arco de circunferência com centro em O, podemos calcular a altura h como sendo a diferença entre o raio da circunferência e a distância vertical entre os pontos A e O. Como o comprimento do cabo é de 10 m, temos que o raio da circunferência é 10 m. A distância vertical entre os pontos A e O é a altura da bola em relação ao solo, que não é fornecida no enunciado. Portanto, não é possível calcular a energia potencial gravitacional da bola no ponto A. No entanto, podemos calcular a energia potencial gravitacional da bola no ponto B, que é igual à energia potencial gravitacional da bola no ponto A mais o trabalho realizado pela força de tração do cabo. Como a bola para instantaneamente após o choque frontal com o prédio, podemos considerar que todo o trabalho realizado pela força de tração do cabo é convertido em energia potencial gravitacional da bola no ponto B. Portanto, temos que: mghB = mghA + W onde hB é a altura da bola em relação ao solo no ponto B e W é o trabalho realizado pela força de tração do cabo. Como a bola para instantaneamente após o choque frontal com o prédio, podemos considerar que a variação da energia cinética da bola é nula. Portanto, a energia mecânica da bola é conservada durante o movimento. Assim, temos que: mghB + (1/2)mvB^2 = mghA Substituindo hB = 0, vB = 2 m/s e g = 10 m/s^2, temos: 600 + 300 * 10 * hA = 0 hA = -2 m Como a altura do ponto A em relação ao ponto O é negativa, podemos considerar que o ponto A está abaixo do ponto O. Portanto, a energia potencial gravitacional da bola no ponto A é negativa. Como a energia mecânica da bola é conservada durante o movimento, temos que: W = mghB - mghA = 600 - 300 * 10 * (-2) = 6600 J A força de tração no cabo é igual ao trabalho realizado pela força de tração dividido pela distância percorrida pela bola, que é igual ao comprimento do cabo. Portanto, temos que: F = W / d = 6600 / 10 = 660 N Portanto, o módulo da força de tração no cabo no instante em que a bola é abandonada do repouso no ponto A é de 660 N.

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