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Em um clube de tiro amador, um atirador deseja testar uma arma que, segundo o fabricante, pode conferir uma velocidade de 350 m/s ao projétil no ato do disparo. Para tanto, o atirador resolve usar um pêndulo balístico cujo bloco pesa 6 kg e está inicialmente em repouso. Tal bloco atinge uma altura de 20 cm quando um projétil de 50 g o atinge e fixa-se nele. A aceleração da gravidade local é 10 m/s2. Em comparação à velocidade informada pelo fabricante, a velocidade com que o projétil realmente é disparado é

A 108 m/s menor.
B 110 m/s menor.
C 112 m/s menor.
D 130 m/s maior.
E 134 m/s maior.
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Praticando Para o Saber

ano passado

Respostas

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há 7 meses

Para resolver essa questão, precisamos usar a conservação da quantidade de movimento e a energia potencial gravitacional. 1. Dados do problema: - Velocidade do projétil segundo o fabricante: \( v_f = 350 \, \text{m/s} \) - Massa do bloco: \( m_b = 6 \, \text{kg} \) - Massa do projétil: \( m_p = 0,05 \, \text{kg} \) (50 g) - Altura atingida pelo bloco: \( h = 0,2 \, \text{m} \) - Aceleração da gravidade: \( g = 10 \, \text{m/s}^2 \) 2. Cálculo da energia potencial no ponto mais alto: \[ E_p = m_b \cdot g \cdot h = 6 \cdot 10 \cdot 0,2 = 12 \, \text{J} \] 3. A energia cinética do bloco e do projétil antes da colisão se transforma em energia potencial no ponto mais alto: \[ E_k = E_p \implies \frac{1}{2} (m_b + m_p) v^2 = 12 \] \[ \frac{1}{2} (6 + 0,05) v^2 = 12 \] \[ \frac{1}{2} (6,05) v^2 = 12 \implies 6,05 v^2 = 24 \implies v^2 = \frac{24}{6,05} \implies v^2 \approx 3,96 \implies v \approx 1,99 \, \text{m/s} \] 4. Agora, aplicamos a conservação da quantidade de movimento: \[ m_p \cdot v_{projétil} = (m_b + m_p) \cdot v \] \[ 0,05 \cdot v_{projétil} = (6 + 0,05) \cdot 1,99 \] \[ 0,05 \cdot v_{projétil} = 6,05 \cdot 1,99 \implies v_{projétil} = \frac{6,05 \cdot 1,99}{0,05} \approx 239,8 \, \text{m/s} \] 5. Comparando com a velocidade do fabricante: \[ 350 \, \text{m/s} - 239,8 \, \text{m/s} \approx 110,2 \, \text{m/s} \] Portanto, a velocidade com que o projétil realmente é disparado é aproximadamente 110 m/s menor que a informada pelo fabricante. A alternativa correta é: B 110 m/s menor.

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ano passado

Para resolver essa questão, podemos utilizar a conservação da quantidade de movimento. Inicialmente, o bloco do pêndulo está em repouso, então a quantidade de movimento inicial é zero. Após o disparo, o projétil de 50 g (0,05 kg) atinge o bloco e ambos se movem juntos. Podemos usar a equação da conservação da quantidade de movimento: \(m_1 \cdot v_1 = (m_1 + m_2) \cdot v_2\), onde: \(m_1 = 0,05 kg\) (massa do projétil), \(v_1 = ?\) (velocidade do projétil), \(m_2 = 6 kg\) (massa do bloco), \(v_2 = ?\) (velocidade final do bloco e projétil juntos). Substituindo os valores conhecidos, temos: \(0,05 \cdot v_1 = (0,05 + 6) \cdot v_2\), \(0,05 \cdot v_1 = 6,05 \cdot v_2\), \(v_1 = 121 \cdot v_2\). Sabemos que a altura atingida pelo bloco é de 20 cm (0,2 m). Podemos usar a conservação da energia mecânica para encontrar a velocidade final do bloco e do projétil juntos: \(E_{\text{cinética}} = E_{\text{potencial}}\), \(\frac{1}{2} \cdot (m_1 + m_2) \cdot v_2^2 = (m_1 + m_2) \cdot g \cdot h\), \(\frac{1}{2} \cdot 6,05 \cdot v_2^2 = 6,05 \cdot 10 \cdot 0,2\), \(3,025 \cdot v_2^2 = 12,1\), \(v_2^2 = \frac{12,1}{3,025}\), \(v_2^2 = 4\), \(v_2 = 2 m/s\). Substituindo o valor de \(v_2\) na equação \(v_1 = 121 \cdot v_2\), temos: \(v_1 = 121 \cdot 2\), \(v_1 = 242 m/s\). Portanto, a velocidade com que o projétil realmente é disparado é 108 m/s menor do que a informada pelo fabricante. A alternativa correta é: A 108 m/s menor.

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