O Sistersinspirit.ca facilita a busca por respostas para suas perguntas com a ajuda de uma comunidade ativa. Nossa plataforma de perguntas e respostas oferece uma experiência contínua para encontrar respostas confiáveis de uma rede de profissionais experientes. Descubra respostas detalhadas para suas perguntas de uma vasta rede de profissionais em nossa abrangente plataforma de perguntas e respostas.

59 Um pêndulo está suspenso do teto e preso a uma mola que, por sua vez, está presa ao chão em um ponto diretamente abaixo do suporte do pêndulo (Figura 7-48). A massa da bolinha do pêndulo é m, o comprimento do pêndulo é Le a constante de força é k. O comprimento da mola frouxa é L/2 e a distância entre o chão e o teto é 1,5L. O pêndulo é puxado lateralmente, de modo a formar um ângulo U com a vertical e é então liberado do repouso. Obtenha uma expressão para a rapidez da bolinha, quando ela passa pelo ponto diretamente abaixo do suporte do pêndulo.

59 Um Pêndulo Está Suspenso Do Teto E Preso A Uma Mola Que Por Sua Vez Está Presa Ao Chão Em Um Ponto Diretamente Abaixo Do Suporte Do Pêndulo Figura 748 A Mass class=

Sagot :

A expressão que descreve a velocidade da bolinha do pêndulo será:

[tex]\displaystyle\boxed{ \rm{\bold{v=\sqrt{2gL(1-cos\theta )+\dfrac{kL^2}{m}\left (\sqrt{\dfrac{13}{4}-3cos\theta}-\dfrac{1}{2}\right)^2}}}}[/tex]

Neste problema devemos encontrar a lei de conservação da energia mecânica, esta lei pode nos ajudar a calcular uma expressão para a velocidade. Devemos saber que a energia mecânica será conservada em ambos os pontos onde a esfera do pêndulo está localizada.

[tex]\displaystyle \rm{\bold{E_{m1}=E_{m2} }}[/tex]

A energia mecânica no primeiro ponto do pêndulo é igual à energia potencial da bola naquela altura mais a energia elástica da mola que segura a bola naquele mesmo ponto, e a energia mecânica no segundo ponto é igual à energia cinética que terá quando estiver a uma altura igual a 0.

[tex]\displaystyle \rm{\bold{mgh+ \dfrac{k x^2}{2}=\dfrac{m v^2}{2} }}[/tex]

Mas a deformação "x" não está definida no problema ou em nosso pêndulo, então o que faremos é encontrar uma expressão que defina a deformação. Mas para encontrar essa expressão devemos usar o teorema de Pitágoras.

Se traçarmos os triângulos retângulos no pêndulo na imagem, obtemos dois triângulos retângulos. Se você vir a segunda imagem anexada, temos uma cateto adjacente que ambos os triângulos compartilham, então essa cateto terá o mesmo valor em ambas as partes.

Vamos atribuir a letra d para a cateto, se aplicarmos o teorema de Pitágoras para encontrar uma expressão que seja igual a essa cateto no primeiro triângulo que obtemos.

[tex]\rm{ \bold{L^2 = d^2 +(L cos\theta)^2}}[/tex]

[tex]\rm{ \bold{L^2-(L cos\theta)^2 = d^2 }}[/tex]

  • Essa expressão pode ser simplificada como:

[tex]\rm{ \bold{L^2(1- cos\theta)^2 = d^2 }}[/tex]

Se quisermos encontrar a deformação da mola, devemos ter a seguinte expressão:

[tex]\rm{ \bold{ \left(x+\dfrac{L}{2} \right)^2= d^2 + \left(L-L(cos\theta +\dfrac{L}{2}\right)^2}}[/tex]

  • Se simplificarmos e substituirmos o valor de "d ao quadrado" obtemos a equação:

[tex]\rm{ \bold{ \left(x+\dfrac{L}{2} \right)^2= L^2-(1- cos\theta)^2+ \left(L\left[\dfrac{3}{2}-cos\theta\right]\right)^2}}[/tex]

[tex]\rm{ \bold{ \left(x+\dfrac{L}{2} \right)^2= L^2(1- cos\theta)^2+L^2 \left(\dfrac{3}{2}-cos\theta\right)^2}}[/tex]

  • Simplificamos como uma expressão algébrica mais simples:

[tex]\rm{ \bold{ \left(x+\dfrac{L}{2} \right)^2= L^2\left[(1- cos\theta)^2+\left(\dfrac{3}{2}-cos\theta\right)\right]^2}}[/tex]

Na segunda parte da equação podemos aplicar o quadrado binomial para obter:

[tex]\rm{ \bold{ \left(x+\dfrac{L}{2} \right)^2= L^2\left[(1^2-cos(\theta)^2+\dfrac{3}{2} ^2 - 2\cdot \dfrac{3}{2} \cdot cos\theta +cos(\theta)^2\right]}}[/tex]

[tex]\rm{ \bold{ \left(x+\dfrac{L}{2} \right)^2= L^2\left[(\dfrac{13}{4}- 3cos\theta\right] }}[/tex]

Aplicamos a raiz quadrada a ambas as partes da nossa equação:

[tex]\rm{ \bold{\sqrt{ \left(x+\dfrac{L}{2} \right)^2}= \sqrt{L^2\left[\dfrac{13}{4}- 3cos\theta\right] }}}[/tex]

[tex]\rm{ \bold{x+\dfrac{L}{2}= L\left[\sqrt{\dfrac{13}{4}- 3cos\theta}\right] }}[/tex]

[tex]\rm{ \bold{x= L\sqrt{\left(\dfrac{13}{4}- 3cos\theta -\dfrac{L}{2}\right)}}}[/tex]

[tex]\rm{ \bold{x= L\sqrt{\left(\dfrac{13}{4}- 3cos\theta \right)-\dfrac{1}{2}}}}[/tex]

Substituindo na fórmula da igualdade de energia mecânica.

[tex]\displaystyle \rm{\bold{mgh+ \dfrac{k}{2}\left(L\sqrt{\left(\dfrac{13}{4}- 3cos\theta \right)}-\dfrac{1}{2}\right)^2=\dfrac{m v^2}{2}} }[/tex]

[tex]\displaystyle \rm{\bold{2gh+ \dfrac{k}{m}\left(L\sqrt{\left(\dfrac{13}{4}- 3cos\theta \right)}-\dfrac{1}{2}\right)^2=v^2} }[/tex]

[tex]\displaystyle \rm{\bold{\sqrt{2gh+ \dfrac{kL^2}{m}\left(\sqrt{\left(\dfrac{13}{4}- 3cos\theta \right)}-\dfrac{1}{2}\right)^2}=\sqrt{v^2}} }[/tex]

[tex]\displaystyle \rm{\bold{\sqrt{2gh+ \dfrac{kL^2}{m}\left(\sqrt{\left(\dfrac{13}{4}- 3cos\theta \right)}-\dfrac{1}{2}\right)^2}=v} }[/tex]

A altura do pêndulo é definida pela expressão:

[tex]\bold{h=}\boxed{\rm{\bold{L-Lcos\theta= L(1-cos\theta)}}}[/tex]

Substituindo:

[tex]\displaystyle \green{\rm{\boxtimes~ \boxed{\bold{\sqrt{2gL(1-cos\theta)+ \dfrac{kL^2}{m}\left(\sqrt{\dfrac{13}{4}- 3cos\theta }-\dfrac{1}{2}\right)^2}=v~\checkmark }}} }[/tex]

Verificamos se a equação está correta.

Mais sobre o assunto dos pêndulos em:

  • https://brainly.com.br/tarefa/23839495
  • https://brainly.com.br/tarefa/10797294
  • https://brainly.com.br/tarefa/38335162
View image Nitoryu
View image Nitoryu