Enunciado
Física - Física para Cientistas e Engenheiros - Mecânica, Oscilações e Ondas, Termodinâmica: Volume 1 - 6ª Edição - Mosca, Tripler- Ed: 6º - Capítulo 5.1 - Ex. 54
Considere o bloco da figura abaixo. Mostre que, em geral, os seguintes resultados valem para um bloco de massa que está sobre uma superfície horizontal de coeficiente de atrito estático . (a) Se você deseja aplicar a menor força possível para mover o bloco, você deve aplicá-la puxando para cima a um ângulo . (b) A força mínima necessária para começar a mover o bloco é . (c) Uma vez iniciado o movimento do bloco, se você deseja aplicar a menor força possível para mantê-lo em movimento, você deve manter o ângulo com o qual você está puxando, deve aumentá-lo ou deve diminuí-lo?
Passo 1
Letra (a)
Precisamos fazer 3 coisas: 2º lei de Newton em x, 2º lei de Newton em y e fazer (porque a força é a menor possível). Então vamos lá:
Passo 2
Agora em x:
Agora gente joga a (1) na (2):
Passo 3
A gente quer a menor força possível, certo? Então a gente precisa do maior denominador. Vamos olhar para a função:
Se a gente quer maximizar a função, vamos derivar e igualar a zero:
Passo 4
Letra (b)
Vamos aplicar o resultado da letra (a) lá na equação (3). Mas primeiro vamos ver quanto vale o seno e o cosseno de :
Da figura, a gente vê que:
e
Passo 5
Agora sim, jogando na (3):
Aí a gente chegou no resultado:
Passo 6
Letra (c)
A gente sabe que quando o atrito passa do estático para o cinético o coeficiente de atrito diminui. Só que olha só: se a gente repetir o mesmo cálculo da letra (a), a gente acha que o ângulo para a menor força é . Só que , então a gente deve diminuir o ângulo.
Resposta
Letra (a): ver solução.
Letra (b): ver solução.
Letra (c): diminuir