Um avião move-se horizontalmente com velocidade
de módulo
. Ao passar sobre uma torre, um objeto de massa
cai, com velocidade inicial nula em relação ao avião. Justifique todas as suas respostas.
(a) Qual é a velocidade do objeto no instante em que ele cai do avião, em relação a um observador dentro do avião?
(a) Qual é a velocidade do objeto no instante em que ele cai do avião, em relação a um observador dentro do avião?
Passo 1
Beleza, vamos dar uma olhada no que a questão está pedindo. Temos um avião que está voando na horizontal com uma certa velocidade,
, de módulo
. Quando o avião passa sobre uma torre, um objeto com massa de
é solto, começando com velocidade zero em relação ao avião. A pergunta é: Qual é a velocidade do objeto no instante em que ele cai do avião, em relação a um observador dentro do avião?
Para resolver isso, vamos precisar entender o conceito de velocidade relativa, que nos ajuda a comparar a velocidade de um objeto em relação a diferentes referenciais (no caso, o avião e o observador dentro dele).
Passo 2
Primeiro, vamos pensar no que significa o objeto ter “velocidade inicial nula em relação ao avião”. Isso quer dizer que, no exato momento em que o objeto é solto, ele está se movendo exatamente com a mesma velocidade do avião. Ou seja, não há diferença de velocidade entre o objeto e o avião naquele instante.
Passo 3
Agora, vamos considerar o ponto de vista do observador dentro do avião. Como o objeto foi solto com velocidade inicial nula em relação ao avião, para esse observador, no exato do momento em que o objeto é liberado, ele não está se movendo em relação a ele. Isso significa que, instantaneamente, a velocidade do objeto, vista do interior do avião, é zero.
Passo 4
Para formalizar isso, usamos a fórmula da velocidade relativa:
No instante da queda,
, então:
Resposta
A velocidade do objeto no instante em que ele cai do avião, em relação a um observador dentro do avião, é zero.