Na Figura 3 (que não está à escala), está representado um conjunto ciclista + bicicleta que iniciou a subida de uma rampa com uma energia cinética de $2,0 \times 10^{3} \mathrm{~J}$. Após percorrer $68 \mathrm{~m}$ sobre a rampa, atinge uma altura de $3,0 \mathrm{~m}$, com uma velocidade de módulo $3,5 \mathrm{~m} \mathrm{~s}^{-1}$.
A massa do conjunto ciclista + bicicleta é $80 \mathrm{~kg}$.
Considere que o conjunto pode ser representado pelo seu centro de massa (modelo da partícula material) e considere a base da rampa como nível de referência da energia potencial gravítica.
Calcule, no percurso considerado, a intensidade da resultante das forças não conservativas que atuam no conjunto ciclista + bicicleta, na direção do deslocamento. Admita que essa resultante se mantém constante. Apresente todas as etapas de resolução.
Fonte: IAVE
Fonte: IAVE
Variação de energia cinética do conjunto: $\Delta E_{\mathrm{c}}=E_{\mathrm{c}, \mathrm{f}}-E_{\mathrm{c}, \mathrm{i}}=\frac{1}{2} m v_{\mathrm{f}}^{2}-E_{\mathrm{c}, \mathrm{i}} \Rightarrow$
$\Delta E_{\mathrm{c}}=\frac{1}{2} \times 80 \mathrm{~kg} \times 3,5^{2} \mathrm{~m}^{2} \mathrm{~s}^{-2}-2,0 \times 10^{3} \mathrm{~J}=-1,51 \times 10^{3} \mathrm{~J}$.
Variação de energia potencial gravítica do conjunto + Terra:
$\Delta E_{\mathrm{p}}=m g h_{\mathrm{f}}-m g h_{\mathrm{i}}=m g\left(h_{\mathrm{f}}-h_{\mathrm{i}}\right)=80 \mathrm{~kg} \times 10 \mathrm{~m} \mathrm{~s}^{-2} \times(3,0-0) \mathrm{m}=2,40 \times 10^{3} \mathrm{~J}$.
Variação de energia mecânica do conjunto + Terra:
$\Delta E_{\mathrm{m}}=\Delta E_{\mathrm{c}}+\Delta E_{\mathrm{p}}=-1,51 \times 10^{3} \mathrm{~J}+2,40 \times 10^{3} \mathrm{~J}=8,90 \times 10^{2} \mathrm{~J}$.
Cálculo da intensidade da resultante das forças não conservativas, $F_{\mathrm{NC}}$, na direção do deslocamento$^4$: $W_{\vec{F}_{\mathrm{NC}}}=\Delta E_{\mathrm{m}} \Rightarrow F_{\mathrm{NC}} d \cos 0^{\circ}=\Delta E_{\mathrm{m}} \Rightarrow F_{\mathrm{NC}}=\frac{\Delta E_{\mathrm{m}}}{d}=\frac{8,90 \times 10^{2} \mathrm{~J}}{68 \mathrm{~m}}=13 \mathrm{~N}$.
${ }^4$ Considerando apenas a resultante das forças não conservativas que atuam na direção do deslocamento, o ângulo desta resultante com o deslocamento poderia ser $0^{\circ}$ ou $180^{\circ}$. Sendo a variação de energia mecânica positiva, o trabalho das forças não conservativas é também positivo, logo o ângulo tem de ser $0^{\circ}\left(\cos 0^{\circ}=1>0\right)$, dado que para $180^{\circ}$, o trabalho teria de ser negativo $\left(\cos 180^{\circ}=-1<0\right)$.
Fonte: SPF
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