Um automóvel, de massa $1000 \mathrm{~kg}$ , encontra-se parado junto a um semáforo.
No instante em que o automóvel inicia o seu movimento, é ultrapassado por uma mota, de massa $150 \mathrm{~kg}$, que se move, na mesma direção e no mesmo sentido, com velocidade constante de módulo $10 \mathrm{~m} \mathrm{~s}^{-1}$, que mantém ao longo de todo o percurso em análise.
Considere que a trajetória descrita por ambos os veículos é retilínea e horizontal e que estes podem ser representados pelo seu centro de massa, segundo o modelo da partícula material.
A Figura 4 apresenta o gráfico do módulo da velocidade do automóvel em função do tempo.
Determine a distância percorrida pelos dois veículos até se encontrarem novamente.
Apresente todos os cálculos efetuados.
Fonte: IAVE
Fonte: IAVE
Primeiramente, é necessário calcular a aceleração do automóvel nos primeiros 6,0 s:
$$a=\frac{\Delta v}{\Delta t}=\frac{12}{6}=2,0 \mathrm{~m} \mathrm{~s}^{-2}$$
Conhecendo este valor e a velocidade da mota é possível calcular a distância que ambos os veículos percorreram nos primeiros 6,0 s com auxílio das equações de movimento.
$$\begin{gathered}x=x_{0}+v_{0} t+\frac{1}{2} a t^{2} \\x_{\text {mota }}=10 \times 6=60 \mathrm{~m} \\x_{\text {automóvel }}=\frac{1}{2} \times 2 \times 6^{2}=36 \mathrm{~m}\end{gathered}$$
Sendo que ambos os veículos adotaram velocidades constantes após os primeiros 6,0 s de movimento, é possível criar uma equação que descreve o movimento de cada um destes.
$$\begin{gathered}d_{\text {mota }}=10 t+60, t>6,0 \mathrm{~s} \\d_{\text {automóvel }}=12 t+36, t>6,0 \mathrm{~s}\end{gathered}$$
Igualando estas equações tem-se:
$$d_{\text {mota }}=d_{\text {automóvel }}\Leftrightarrow 10 t+60=12 t+36\Leftrightarrow 2 t=24\Leftrightarrow t=12 \mathrm{~s}$$
O automóvel e a mota encontraram-se novamente após 12 segundos. Logo após esta distância, ambos terão percorrido a mesma distância, podendo esta ser calculada com recurso à equação de movimento de qualquer um dos veículos.
$$d_{m o t a}=10 \times 12+60=180 \mathrm{~m}$$
Ou
$$d_{\text {automóvel }}=12 \times 12+36=180 \mathrm{~m}$$
Resposta: Os veículos percorreram 180 m até se encontrarem novamente.
Fonte: Mestre Panda
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