Uma caixa de madeira de 2,0 kg desliza para baixo em uma parede vertical enquanto você empurra nela em 45 ângulo. Qual é a força aplicada para deslizar a velocidade constante?
Veja como resolver esse problema:
Entendendo as forças *
Gravidade: A caixa experimenta uma força descendente devido à gravidade (peso), que é calculada como:
* Peso (w) =massa (m) * aceleração devido à gravidade (g) =2,0 kg * 9,8 m/s² =19,6 n
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Força normal: A parede exerce uma força ascendente na caixa perpendicular à parede. Como a caixa está deslizando a uma velocidade constante, essa força é igual em magnitude ao componente do peso perpendicular à parede.
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atrito: A parede também exerce uma força de atrito que se oponha ao movimento da caixa, agindo paralelamente à parede.
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Força aplicada: Você está aplicando uma força em um ângulo de 45 graus. Esta força tem dois componentes:
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Componente horizontal: Este componente ajuda a se opor à força de atrito.
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Componente vertical: Este componente ajuda a reduzir a força normal da parede.
Configurando as equações Como a caixa está se movendo a uma velocidade constante, a força líquida é zero. Isso significa que as forças nas direções horizontal e vertical devem equilibrar.
forças horizontais: * Força aplicada (horizontal) =força de atrito
* F_applied * cos (45 °) =μ * Força normal (onde μ é o coeficiente de atrito)
Forças verticais: * Força normal =peso - Força aplicada (vertical)
* Força normal =19,6 n - f_applied * sin (45 °)
Resolvendo a força aplicada 1. Substitua a expressão pela força normal da equação vertical na equação horizontal:
* F_applied * cos (45 °) =μ * (19,6 n - f_applied * sin (45 °))
2.
Resolva para f_applied: * F_applied * cos (45 °) + μ * f_applied * sin (45 °) =19,6 n * μ
* F_applied * (cos (45 °) + μ * sin (45 °)) =19,6 n * μ
* F_applied =(19,6 n * μ) / (cos (45 °) + μ * sin (45 °))
Nota importante: Você precisa conhecer o coeficiente de atrito (μ) entre a caixa de madeira e a parede para calcular a força exata aplicada.
Exemplo: Vamos assumir um coeficiente de atrito (μ) de 0,3.
* F_applied =(19,6 n * 0,3) / (cos (45 °) + 0,3 * sin (45 °))
* F_applied ≈ 5,88 n
Portanto, você precisaria aplicar aproximadamente
5,88 n de força em um ângulo de 45 graus para manter a caixa deslizando a uma velocidade constante, assumindo um coeficiente de atrito de 0,3.