Um corpo de massa m constante é lançado no espaço e supõe-se que a única força atuando sobre ele seja o seu peso que, pela lei do inverso do quadrado de Newton, é proporcional ao inverso do quadrado da sua distância ao centro da terra. Sendo x a distância do corpo à terra e R o raio da terra, o peso do corpo à distância x da terra será K x + R 2 ,   K   c o n s t a n t e . Como, ao nível do mar, ou seja, para x = 0 , o peso é m g , onde g é a aceleração gravitacional ao nível do mar e suposta constante, segue que o valor da constante K é determinado fazendo x = 0 na expressão do peso e igualando a m g , para se obter K = m g R 2 . Dessa forma, o movimento do corpo é regido pela equação

m x ' ' = - m g R 2 x + R 2 ,   o u   s e j a ,   x ' ' = - g R 2 x + R 2

Suponha que o corpo é lançado com uma velocidade inicial v 0 = ∝ .

a) Determine a relação entre v   e   x .

Passo 1

Meus queridos e minhas queridas:

Para resolver a equação, dada por:

x ' ' = - g R 2 x + R 2

Tomaremos:

x ' ' = v d v d x

Logo:

v d v d x = - g R 2 x + R 2

v d v = - g R 2 d x x + R 2

Integrando ambos os lados da equação, teremos:

∫ v   d v = ∫ - g R 2 x + R 2 d x

1 2 v 2 = g R 2 x + R + k

Sabendo que:

v 0 = ∝ x 0 = 0

1 2 ∝ 2 = g R 2 0 + R + k

k = ∝ 2 2 - g R

Por fim:

v 2 2 = g R 2 x + R + ∝ 2 2 - g R

Resposta

v 2 2 = g R 2 x + R + ∝ 2 2 - g R

Ver Outros Exercícios desse livro