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Matemática

ESTÁCIO
O sistema de freio de uma montanha-russa é composto de uma mola posicionada horizontalmente no fim do percurso. A mola tem uma constante elástica grande o suficiente para parar completamente o carrinho da montanha-russa, desde que ele entre em contato com ela com uma velocidade máxima de 36 km/h. Considerando que o carrinho tem uma massa de 300 kg e a constante elástica da mola é de 3.000.000 N/m, determine o tempo necessário para parar o carrinho com a mola. Desconsidere os efeitos dissipativos. A) 0,36 s. B) 0,1 s. C) 0,036 s. D) 0,02 s. E) 0,01 s.
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Giani Antonia Borges De Oliveira Basso

há 2 meses

Respostas

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há 2 meses

Para resolver essa questão, precisamos usar a conservação de energia e a relação entre a força da mola e a aceleração do carrinho. 1. Converter a velocidade de km/h para m/s: \[ 36 \text{ km/h} = \frac{36 \times 1000}{3600} = 10 \text{ m/s} \] 2. Calcular a energia cinética do carrinho: \[ E_k = \frac{1}{2} m v^2 = \frac{1}{2} \times 300 \text{ kg} \times (10 \text{ m/s})^2 = 15000 \text{ J} \] 3. A energia potencial armazenada na mola quando comprimida é dada por: \[ E_p = \frac{1}{2} k x^2 \] onde \( k = 3.000.000 \text{ N/m} \) e \( x \) é a compressão da mola. Para parar o carrinho, a energia cinética deve ser igual à energia potencial da mola: \[ 15000 \text{ J} = \frac{1}{2} \times 3.000.000 \text{ N/m} \times x^2 \] Resolvendo para \( x \): \[ 15000 = 1500000 x^2 \implies x^2 = \frac{15000}{1500000} = 0,01 \implies x = 0,1 \text{ m} \] 4. Calcular a força da mola: \[ F = kx = 3.000.000 \text{ N/m} \times 0,1 \text{ m} = 300.000 \text{ N} \] 5. Calcular a aceleração do carrinho: Usando a segunda lei de Newton: \[ F = ma \implies a = \frac{F}{m} = \frac{300.000 \text{ N}}{300 \text{ kg}} = 1000 \text{ m/s}^2 \] 6. Calcular o tempo necessário para parar o carrinho: Usando a fórmula da cinemática: \[ v_f = v_i + at \implies 0 = 10 \text{ m/s} - 1000 \text{ m/s}^2 \cdot t \implies t = \frac{10 \text{ m/s}}{1000 \text{ m/s}^2} = 0,01 \text{ s} \] Portanto, o tempo necessário para parar o carrinho com a mola é E) 0,01 s.

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