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:
  1. Quais forças atuam antes e depois da liberação;
  2. Como a primeira lei de Newton manda um objeto sem forças resultantes se mexer;
  3. 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 vec T na corda, que é a força centrípeta.
  • A velocidade dele é sempre tangente ao círculo e tem módulo constante v0.
Logo antes de soltar, a resultante de forças no tijolo é
sum vec F = vec T ,
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 vec P = mvec g apontando pra baixo.
Pela primeira lei de Newton (inércia), se não tem força horizontal, não tem aceleração horizontal. Assim:
ax = 0 Longrightarrow vx(t)=v0(constante)
Na vertical, tem aceleração constante da gravidade:
ay = -gLongrightarrow vy(t) = -g,t, y(t)=y0 - tfrac12,g,t^2

Passo 4

Montando as equações da trajetória no plano (x,y), tomando a origem no ponto de liberação e o eixo x na direção da velocidade inicial:
x(t) = v0,t,
y(t) = y0 - tfrac12,g,t^2
Se você eliminar o t, obtém a equação cartesiana:
t = xv0Longrightarrow y(x) = y0 - g2,v0^2,x^2,
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.

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