- (2.0) Um tenista rebate uma bola de 60 g que viaja a
. Após o golpe; a bola retorna na direção oposta com velocidade de
. b) Se o tempo de contato entre a raquete e à bola foi de
, qual foi a força média exercida pela raquete?
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício de física juntos! A gente tem uma bola de 60 g que chega na velocidade de 20 m/s, bate na raquete e sai na direção oposta com 30 m/s. A pergunta é: qual foi a força média que a raquete exerceu na bola durante o contato de 0,01 segundos? Vamos usar conceitos de momentum (quantidade de movimento) e impulso para descobrir isso.
Passo 2
Primeiro, vamos converter a massa da bola para quilogramas, porque na física a gente trabalha com o SI (Sistema Internacional) e a massa deve estar em kg. Sabemos que 1 kg = 1000 g, então:
Passo 3
Agora, vamos calcular o momentum inicial da bola. O momentum (ou quantidade de movimento) é dado por:
Onde $ m $ é a massa e $ v $ é a velocidade. A velocidade inicial ($ v_i $) é 20 m/s.
Passo 4
A bola bateu na raquete e mudou de direção, saindo com velocidade de 30 m/s na direção oposta. Isso significa que a velocidade final ($ v_f $) é -30 m/s (o sinal negativo indica a direção oposta).
Passo 5
O impulso é a mudança na quantidade de movimento da bola e é igual à força média ($ F_{média}
\Delta t $):
Onde $ \Delta p = p_f - p_i $.
Passo 6
Agora, vamos isolar a força média na fórmula do impulso:
Sabemos que $ \Delta t = 0,01 , s $.
Passo 7
Substituindo os valores calculados:
O sinal negativo indica que a força está na direção oposta ao movimento inicial da bola.
Resposta
A força média exercida pela raquete foi de -300 N.