Você amarra um tijolo na extremidade de uma corda e o faz girar em torno de você em um círculo horizontal. Descreva a trajetória do tijolo quando você repentinamente larga a corda.
Passo 1
Beleza, então o enunciado diz que você prende um tijolo numa corda e faz girar num círculo horizontal. De repente você solta a corda e o tijolo sai voando. A matéria aqui é cinemática (movimento) e leis de Newton (especialmente a primeira lei, de inércia). Para resolver, a gente vai precisar entender:
- Quais forças atuam antes e depois da liberação;
- Como a primeira lei de Newton manda um objeto sem forças resultantes se mexer;
- Como escrever as equações de movimento num lançamento oblíquo (aqui ele sai só na horizontal, mas cai verticalmente).
Passo 2
Antes de soltar a corda:
- O tijolo faz movimento circular uniforme num plano horizontal, por causa da força de tensão
na corda, que é a força centrípeta. - A velocidade dele é sempre tangente ao círculo e tem módulo constante
.
Logo antes de soltar, a resultante de forças no tijolo é
fazendo com que ele descreva a curva. Mas assim que a corda se afrouxa…
Passo 3
Depois de soltar a corda:
- A tensão some, então não há mais força horizontal.
- A única força que fica é o peso
apontando pra baixo.
Pela primeira lei de Newton (inércia), se não tem força horizontal, não tem aceleração horizontal. Assim:
Na vertical, tem aceleração constante da gravidade:
Passo 4
Montando as equações da trajetória no plano
, tomando a origem no ponto de liberação e o eixo
na direção da velocidade inicial:
Se você eliminar o
que é uma parábola.
Resposta
Quando você larga a corda, o tijolo parte numa reta tangente ao círculo com velocidade constante no plano horizontal e, ao mesmo tempo, cai sob a ação da gravidade. A trajetória é, portanto, a de um projétil: uma parábola no plano vertical.