Questão de Urbanismo

Para que o disco permaneça em repouso, o módulo da tensão T do fio deve ser igual ao peso Mg do cilindro. Como a tensão do fio é a força centrífuga que mantém o disco em uma trajetória circular, T = rac{mv^2}{r}. Assim, Mg = rac{mv^2}{r}. Explicitando a velocidade, temos: v = rac{Mgr}{m} = rac{(50 ext{ kg})(9.80 ext{ m/s}^2)(0.200 ext{ m})}{(1.50 ext{ kg})} = 88.1 ext{ m/s}.

(a) De acordo com a Eq. 2-16, a velocidade do carro é dada por v^2 = v_0^2 + 2ad. Fazendo v = 0, v_0 = 35 ext{ m/s} e d = 107 ext{ m}, obtemos a = -5.72 ext{ m/s}^2 como a aceleração mínima necessária para que o carro pare a tempo. Assim, a força de atrito mínima necessária para que o carro pare a tempo é f = m|a| eq (1400 ext{ kg})(5.72 ext{ m/s}^2) = 8.0 imes 10^3 ext{ N}.

(b) O valor máximo possível do atrito estático é f_{max} = mgs = (0.50)(1400 ext{ kg})(9.80 ext{ m/s}^2) eq 6.9 imes 10^2 ext{ N}.

(c) Se m_k = 0.40, f = mg_k e a aceleração é a = g_k = -m. Assim, a velocidade com a qual o carro se choca com o muro é v = v_0 + ad = 0 + 2(-5.72)(107) eq -22 ext{ m/s} ext{ ou } 72 ext{ km/h}.

(d) A força necessária para que o carro descreva a trajetória circular que evitaria o choque é F = rac{mv^2}{r} = rac{(1400 ext{ kg})(35 ext{ m/s})^2}{(0.107 ext{ m})} = 6.0 imes 10^2 ext{ N}.

(e) Como F > f_{max}, a manobra não é possível.

A
A força de atrito mínima necessária para que o carro pare a tempo é 8.0 imes 10^3 ext{ N}.
B
O valor máximo possível do atrito estático é 6.9 imes 10^2 ext{ N}.
C
A velocidade com a qual o carro se choca com o muro é 72 ext{ km/h}.
D
A força necessária para que o carro descreva a trajetória circular é 6.0 imes 10^2 ext{ N}.
E
A manobra é possível.

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