Algumas pedras rolando aproximam-se da base de uma colina com uma velocidade de 12 m/s. A
colina está inclinada em 36° acima do plano horizontal e possui coeficientes de atrito cinético e estático
de 0,45 e 0,65, respectivamente, com essas pedras.
(a) Ache a aceleração das pedras enquanto elas
deslizam até a colina.
(b) Quando uma pedra alcança seu ponto mais alto, ela permanecera ali ou
deslizara colina abaixo? Se permanecer, mostre por quê. Se descer, ache sua aceleração no caminho de
retorno.
Andre Smaira
há 6 anos
\[-\mu_c N=ma\]
Mas a normal é numericamente igual à componente transversal do peso:
\[-\mu_c mg\cos\theta =ma\]
Reorganizando, temos:
\[a=-\mu_c g\cos\theta\]
Substituindo os dados, temos:
\[a=-9,8\cdot0,45\cdot\cos36^o\approx-9,8\cdot0,45\cdot0,4\]
\[\boxed{a\approx-3,6\ m/s^2}\]
(b) Ao atingir o ponto mais alto a pedra pára. Nesse instante precisamos verificar que a força de atrito estático máxima é superada pela componente paralela ao plano da força peso:
\[P_{\parallel}=mg\sin\theta\]
\[F_A=\mu_eN=\mu_emg\cos\theta\]
Calculando a razão entre os dois, temos:
\[\dfrac{F_A}{P_{\parallel}}=\mu_e\cot\theta\approx0,65\cdot1,38=0,9\]
Logo a força de atrito estático é menor que a componente da força peso, de forma que o movimento recomeça. Para a resultante de forças durante o movimentona direção deste, temos:
\[P_{\parallel}-F_A=ma\]
\[mg\sin\theta-\mu_cN=ma\]
\[mg\sin\theta-\mu_cmg\cos\theta=ma\]
Simplificando e reorganizando, temos:
\[a=g(\sin\theta-\mu_c\cos\theta)\]
Substituindo nossos dados, temos:
\[a=9,8\cdot(\sin36^o-0,45\cdot\cos36^o)\]
O que nos dá:
\[\boxed{a=2,2\ m/s^2}\]