Dois picos nevados estão H = 850m e h = 750m acima do vale que os separa. Uma
pista de esqui, com comprimento total de 3,2km e uma inclinação média θ = 30º, liga os
dois picos. Resolva: a) Um esquiador parte do repouso no cume do monte mais alto. Com
que velocidade chega ao cume do monte mais baixo se não usar os bastões para dar
impulso? Ignore o atrito; b) Qual é o valor aproximado do coeficiente de atrito cinético
entre a neve e os esquis para que o esquiador pare exatamente no cume do monte mais
baixo?
O princípio da conservação de energia enuncia que a quantidade total de energia em um sistema isolado permanece constante. A energia não pode ser criada nem destruída, ela se transformar em diferentes formas. No caso, precisamos estudar as transformações de energia potencial gravitacional em energia cinética e em energia perdida para o atrito.
A situação do problema é a seguinte:
O esquiador parte do cume mais alto e chega ao cume mais baixo. As forças envolvidas neles, na descida e na subida, respectivamente, são as seguintes:
a) Ao aplicarmos o Princípio da Conservação de Energia entre os dois cumes, sem perdas por força de atrito, somente a força peso exerce trabalho, logo, temos a transformação parcial de energia potencial gravitacional em energia cinética:
b) Ao aplicarmos novamente o Princípio da Conservação de Energia entre os dois cumes, considerando as perdas por atrito, a força peso e a força de atrito exercem trabalho, logo, temos a transformação total de energia potencial gravitacional em energia perdido para o atrito, uma vez que a velocidade de chegada é nula:
Portanto, numa situação ideal, o esquiador alcança o cume de menor altura a 44,29 m/s. Numa situação real onde ele alcança esse cume com velocidade nula, o coeficiente de atrito dinâmico deve valer 0,036.
Fonte: TIPLER, P. Física para Cientistas e Engenheiros. Vol.1. 5ª edição.
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