Um carrinho de massa 2,0kg move-se ao longo de um trilho horizontal com velocidade de módulo 0,50 m/s até chocar-se contra um pára-choque fixo na extremidade do trilho. Supondo que o carrinho volte com velocidade de módulo 0,20m/s e que o choque tenha duração de 0,10s, qual o valor da força média exercida pelo pára-choque sobre o carrinho?

Passo 1

Beleza, vamos lá! O enunciado fala sobre um carrinho de 2,0 kg que se move em um trilho horizontal a 0,50 m/s, bate em um para-choque fixo e volta com velocidade de 0,20 m/s após o choque que dura 0,10 s. A matéria que vamos usar aqui é a de impulso e quantidade de movimento. Precisamos lembrar que o impulso está relacionado à força média exercida durante o choque e à mudança na quantidade de movimento do carrinho.

Passo 2

Primeiro, vamos entender o que é quantidade de movimento. A quantidade de movimento (ou momento linear) é dada por:
p = m cdot v
onde $ p $ é a quantidade de movimento, $ m $ é a massa e $ v $ é a velocidade.

Passo 3

Vamos calcular a quantidade de movimento inicial do carrinho antes do choque. A massa ($ m m é v_i $) é 0,50 m/s:
vi

Passo 4

Agora, vamos calcular a quantidade de movimento final após o choque. A velocidade final ($ v_f $) é 0,20 m/s, mas como o carrinho está voltando na direção oposta, a velocidade será negativa:
vf
Então,
vf = -0,20,m/s

Passo 5

A mudança na quantidade de movimento ($ \Delta p $) é a diferença entre a quantidade de movimento final e a inicial:
De

Passo 6

O impulso ($ J J éàçé F F \Delta t $):
De
Como o impulso também é igual à mudança na quantidade de movimento:
J = F cdot De
Então, para encontrar a força média:
F cdot De
O sinal negativo indica que a força está na direção oposta ao movimento inicial.

Resposta

A força média exercida pelo pára-choque sobre o carrinho é de -14,0 N.

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