Uma pedra é largada de uma ponte, situada a 50 m acima do nível da água. Uma outra pedra é lançada verticalmente para baixo 1,5 s após a saída da primeira. Ambas atingem a água no mesmo tempo. Qual foi a velocidade inicial da segunda pedra?
Deixa-se cair uma pedra num poço profundo. O barulho da queda é ouvido 2 s depois. Sabendo que a velocidade do som no ar é de 300 m/s, calcule a profundidade do poço.
Boa tarde, Wil.
No primeiro exercício, vamos calcular o tempo que a pedra leva para alcançar o nível da água. Adotando um referencial para baixo (para admitirmos a gravidade positiva para baixo e a velocidade positiva para baixo), temos:
s = s0 + v0t + gt²/2
s0 = 0
v0 = 0
Então, s = gt²/2
Adotando a gravidade como g = 10 m/s²:
50 = 10t²/2
100/10 = t²
t = √10 ≅ 3,16 s
Como a segunda pedra é lançada 1,5 segundos depois, ela faz o mesmo percurso em 3,16 - 1,5 = 1,66s
Substituindo na equação com os novos dados:
s = s0 + v0t + gt²/2
s0 = 0
v0 = v
50 = 0 + v(1,66)+10*(1,66)²/2
50 = 1,66v+13,778
1,66v = 50 - 13,778 = 36,222
v = 36,222/1,66
v = 21,82 m/s (com os devidos erros de arredondamento :))
Agora para resolver o exercício do poço.
A profundidade do poço vamos adotar como x.
O tempo t1 pra pedra cair no poço é de:
x = gt1²/2
x = 10t1²/2
t1² = 2x/10
t1 = √(2x/10)
O tempo t2 pra após a pedra ter batido no fundo o som ser 'ouvido' do lado de fora do poço é de:
v=x/t2
t2=x/v
t2=x/300
A soma de t1 com t2 dá 2s
t1+t2=2
√(2x/10)+x/300=2
√(2x/10)=2-x/300
Elevando ao quadrado ambos os membros
2x/10=(2-x/300)²
2x/10=4-4x/300+x²/300²
Ficamos então com:
x²/300²-(4/300+2/10)x+4=0 (multiplicando agora ambos os lados por 300²)
x²-(4*300+300²*2/10)x+4*300²=0
x²-19200x+360000=0
Δ=(-19200)²-4*(1)*(360000)=367.200.000
x=(-(-19200)±√367200000)/2
x=19181m ou t=18,76m
Facilmente podemos perceber pela equação √(2x/10)=2-x/300 que x não poderia ser 19181m pois este valor para x daria em 2-x/300 um valor negativo... e a raiz é um valor positivo.
Então, resposta: 18,76m
Querendo também verificar, é só substituir em
t1+t2=2
√(2x/10)+x/300=2
A soma de t1+t2 tem que dar 2s.
:)
Espero ter ajudado! Abraços!
Para encontrar a velocidade inicial da segunda pedra realziaremos os cálculos abaixo:
\(\begin{align} & s={{s}_{0}}+{{v}_{0}}t+\frac{g{{t}^{2}}}{2} \\ & 50=0+0+\frac{10{{t}^{2}}}{2} \\ & {{t}^{2}}=\frac{100}{10} \\ & t=\sqrt{\frac{100}{10}} \\ & t=\sqrt{10} \\ & t=3,1segundos \\ & \\ & s={{s}_{0}}+{{v}_{0}}t+\frac{g{{t}^{2}}}{2} \\ & 50=0+1,66v+13,7 \\ & v=\frac{36,2}{1,66} \\ & v=21,8m/s \\ \end{align}\ \)
Portanto, a velocidade inicial da segunda pedra será \(\boxed{21,8{\text{ m/s}}}\).
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Física Geral e Experimental Mecânica
•Anhanguera
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