Q C Um parafuso cai do teto de um vagão de trem em movimento com aceleração para o norte de
. (d) Descreva a trajetória do parafuso vista por um observador fixado na Terra.
Passo 1
Beleza, vamos lá! A questão fala sobre um parafuso que cai do teto de um trem que está acelerando para o norte com
. O que a gente precisa fazer aqui é descrever como esse parafuso vai se mover quando alguém observa isso estando parado na Terra. Para resolver isso, vamos usar conceitos de cinemática, que estuda o movimento dos objetos, e entender como a aceleração do trem afeta a trajetória do parafuso.
Passo 2
Primeiro, vamos pensar no que acontece quando o parafuso cai. No instante em que ele se solta do teto do trem, o parafuso não tem nenhuma velocidade relativa ao trem. Mas, como o trem está acelerando para o norte, isso significa que, do ponto de vista de alguém na Terra, o trem está ganhando velocidade nessa direção.
Passo 3
Então, no instante em que o parafuso cai, ele ainda está se movendo na mesma velocidade que o trem naquele momento. Mas, como o trem está acelerando, o parafuso não está mais sendo puxado para frente pela aceleração do trem. Isso faz com que, para um observador na Terra, o parafuso pareça estar desacelerando na direção norte enquanto começa a cair devido à gravidade.
Passo 4
Agora, vamos considerar as forças atuando no parafuso. A única força que age sobre ele após cair do teto é a gravidade, que puxa o parafuso para baixo com uma aceleração de
. Não há nenhuma força horizontal atuando sobre o parafuso, já que a aceleração do trem não afeta o parafuso uma vez que ele está livremente caindo.
Passo 5
Com isso, a trajetória do parafuso vista por um observador na Terra será uma combinação do movimento com velocidade inicial na direção norte (devido ao trem) e a queda livre na direção vertical devido à gravidade. Isso resulta em uma trajetória curva, que é uma parábola. O parafuso vai seguir essa trajetória parabólica enquanto cai.
Resposta
Então, para um observador fixado na Terra, o parafuso descreve uma trajetória parabólica, combinando o movimento horizontal constante na direção norte (herdado da velocidade do trem) e a queda vertical livre devido à gravidade.