5- Um bloco de massa 0,300 kg é colocado em cima de uma mola vertical leve de constante de força
e empurrado para baixo de modo que a mola seja comprimida em
. Após o bloco ser liberado do repouso, ele viaja para cima e então deixa a mola. A que altura máxima acima do ponto de liberação ele sobe?
Passo 1
O enunciado trata de um bloco de massa
apoiado sobre uma mola vertical de constante
, comprimida uma distância
. Ao ser solto, a energia elástica armazenada na mola se transforma em energia cinética e potencial gravitacional. Para resolver, vamos aplicar conservação de energia em duas fases: (a) da posição comprimida até o comprimento natural da mola e (b) da saída da mola até o ponto de altura máxima.
Passo 2
Na posição inicial (mola comprimida), toda energia está na forma elástica:
Passo 3
À medida que o bloco sobe da compressão
até a mola em comprimento natural (
), parte dessa energia vira energia potencial gravitacional
e o restante vira energia cinética
. Portanto,
Isolando
,
Logo,
Passo 4
Depois que o bloco deixa a mola, sua energia cinética
se converte totalmente em energia potencial gravitacional
até parar no ponto mais alto:
Resposta
A altura máxima acima do ponto de liberação é aproximadamente
.