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Cinemática: MU e MUV

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Mensagem por VitorFernandes13 Ter 02 Set 2014, 19:54

68. Uma locomotiva parte de uma estação A e para em uma estação B distante 1200 m de A. O máximo módulo de aceleração que ela consegue manter é 3 m/s^2, tanto na fase de aceleração quanto de retardamento. Sabendo que é proibido trafegar nessa região com velocidade superior a 30 m/s, calcule o mínimo intervalo de tempo possível para ir de A a B, sem problemas com a fiscalização. Calcule também o tempo mínimo sem limitação de velocidade.

Observação: Não use nenhum gráfico ou resolução geométrica.

a) Tempo mínimo com limitação de velocidade
Spoiler:

b) Sem limitação de velocidade
Spoiler:
Está certo pessoal?

VitorFernandes13
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Mensagem por PedroCunha Ter 02 Set 2014, 20:27

Olá, Vitor.

Letra A:

São gastos 10 segundos acelerando e 10 segundos freando.

Nesse período, a distância percorrida é:

\\ (V_f)^2 = (V_0)^2 + 2 \cdot a \cdot s \therefore 900 = 0^2 + 2 \cdot 3 \cdot s \therefore s = 150m

mais

\\ (V_f)^2 = (V_0)^2 + 2 \cdot a \cdot s \therefore 0^2 = 900 + 2 \cdot (-3) \cdot s \therefore s = 150m

Assim, durante o período com velocidade uniforme são gastos 

\\ d = v \cdot t \therefore 900 = 30 \cdot t \therefore t = 30s

Tempo total: 50s

Letra B:

* Obs.: \sqrt{800} = 20\sqrt2

Seja t' o tempo gasto acelerando. Esse mesmo tempo é gasto freando. Assim, o tempo total gasto é 2t'

No período em que está acelerando:

\\ v_f = v_0 + a \cdot t \Leftrightarrow v_f = 3t' .

Aplicando Torricelli:

\\ (3t')^2 = 0^2 + 2 \cdot 3 \cdot d_1 \therefore d_1 = \frac{3t'^2}{2}

No período em que está freando:

\\ v_f = v_0 + a \cdot t \Leftrightarrow v_f = 0   

Aplicando Torricelli:

\\ 0^2 = (3t')^2 + 2 \cdot (-3) \cdot d_2 \therefore d_2 = \frac{3t'^2}{2}

*Só coloquei as contas para mostrar o processo; tenha em mente que a distância percorrida acelerando é sempre a mesma distância percorrida quando desacelerando*

A soma das distâncias vale 1200m. Assim:

3t'^2 = 1200 \Leftrightarrow t' = 20s

Logo, o tempo total gasto foi 2t' = 40s

Att.,
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