Um tenista rebate uma bola de tênis de massa 6,0 × 10⁻² kg que lhe foi arremessada pelo seu adversário. A bola atinge a sua raquete horizontalmente, com uma velocidade de 70 m/s. Ao ser rebatida, a bola retorna também horizontalmente, porém em sentido contrário, com uma velocidade de 50 m/s. Sabendo que, durante o processo de rebatida, a bola permaneceu em contato com a raquete por um tempo aproximadamente igual a 6,0 × 10⁻³ s a intensidade da força média exercida pela raquete do rebatedor sobre a bola é ?
Passo 1
Beleza, vamos entender o que a questão está pedindo. Temos um jogador de tênis que rebate uma bola. A bola tem uma massa de
kg e estava vindo na velocidade de 70 m/s. Depois de ser rebatida, ela volta na direção oposta com 50 m/s. O tempo de contato com a raquete foi de
s. O que precisamos descobrir é a intensidade da força média que a raquete exerceu sobre a bola durante esse tempo.
Aqui, estamos lidando com física de colisões e mais especificamente com o conceito de quantidade de movimento (momentum) e força média.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar que a quantidade de movimento (
) de um objeto é dada por:
onde
é a massa e
é a velocidade.
Passo 3
Vamos calcular a quantidade de movimento inicial (
) da bola antes de ser rebatida. A velocidade inicial é de 70 m/s na direção horizontal.
Passo 4
Agora, vamos calcular a quantidade de movimento final (
) da bola após o impacto. A velocidade final é de 50 m/s, mas como a direção mudou, consideramos o sinal negativo:
Passo 5
A mudança na quantidade de movimento (
) é a diferença entre a quantidade de movimento final e a inicial:
Passo 6
Sabemos que a força média (
) pode ser calculada pela fórmula:
onde
é o tempo de contato.
Passo 7
Substituindo os valores que já temos:
Resposta
A intensidade da força média exercida pela raquete sobre a bola é de 1200 N (newtons).