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Questão 9/10 - Física - Termodinâmica e Ondas Ler em voz alta Em um laboratório de física, um pesquisador investiga as propriedades de oscilação de um sistema massa-mola. Para isso, ele prende uma massa desconhecida m a uma mola ideal e observa que a extremidade da mola oscila com um período de 2 segundos. Buscando entender melhor a relação entre a massa e o período de oscilação, o pesquisador adiciona uma massa de 2 kg ao sistema. Com essa nova configuração, ele verifica que o período do movimento aumenta para 3 segundos. Com base nesses dados experimentais, determine o valor da massa inicial m. Assinale a alternativa correta: A m = 0,51 kg B m = 0,98 kg C m = 1,20 kg D m = 1,60 kg E m = 2,00 kg
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leonardo ferreira de frança

mês passado

Respostas

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mês passado

Para resolver essa questão, podemos usar a fórmula do período de oscilação de um sistema massa-mola, que é dada por: \[ T = 2\pi \sqrt{\frac{m}{k}} \] onde \( T \) é o período, \( m \) é a massa total e \( k \) é a constante elástica da mola. 1. Primeiro caso: Quando a massa é \( m \) (massa desconhecida), o período é \( T_1 = 2 \) segundos. \[ T_1 = 2\pi \sqrt{\frac{m}{k}} \implies 2 = 2\pi \sqrt{\frac{m}{k}} \implies \sqrt{\frac{m}{k}} = \frac{1}{\pi} \implies \frac{m}{k} = \frac{1}{\pi^2} \implies m = \frac{k}{\pi^2} \] 2. Segundo caso: Quando adicionamos 2 kg, a massa total se torna \( m + 2 \) e o período é \( T_2 = 3 \) segundos. \[ T_2 = 2\pi \sqrt{\frac{m + 2}{k}} \implies 3 = 2\pi \sqrt{\frac{m + 2}{k}} \implies \sqrt{\frac{m + 2}{k}} = \frac{3}{2\pi} \implies \frac{m + 2}{k} = \frac{9}{4\pi^2} \implies m + 2 = \frac{9k}{4\pi^2} \] 3. Agora, igualamos as duas expressões para \( k \): \[ \frac{k}{\pi^2} = m \implies k = m\pi^2 \] Substituindo na segunda equação: \[ m + 2 = \frac{9(m\pi^2)}{4\pi^2} \implies m + 2 = \frac{9m}{4} \implies 4(m + 2) = 9m \implies 4m + 8 = 9m \implies 5m = 8 \implies m = \frac{8}{5} = 1,6 \text{ kg} \] Portanto, o valor da massa inicial \( m \) é 1,60 kg. A alternativa correta é: D m = 1,60 kg.

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