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Movimento relativo entre trens

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Movimento relativo entre trens Empty Movimento relativo entre trens

Mensagem por Heroe147 Ter 29 Jun 2021, 20:20

Boa noite pessoal, alguém poderia me ajudar na letra (c) da seguinte questão?

Dois trens passam pela mesma estação, sem parar nela, com dois minutos de diferença, ambos a 60 km/h. O primeiro a passar viaja rumo ao sul e o segundo viaja para oeste. (a) Determine o vetor velocidade relativa do segundo trem em relação ao primeiro. (b) Com origem na estação, e tomando como instante inicial o da passagem do primeiro trem pela estação, represente graficamente o vetor deslocamento relativo do segundo trem em relação ao primeiro, nos instantes t = 0, t = 2 min e t = 4 min. Que forma tem a trajetória do segundo trem vista do primeiro? (c) A que distância mínima os dois trens passam um do outro?


Agora, descreverei meu raciocínio e em seguida explicarei o motivo de minha dúvida.

Analisando o movimento relativo entre os dois trens e utilizando o Teorema de Pitágoras, chego na seguinte expressão

[latex]S^2_{2,1}=S^2_{1}+S^2_{2}[/latex]


[latex]S^2_{2,1}=(V_{1}*\Delta t)^2+(V_{2}*(\Delta t-2))^2[/latex]


[latex]S^2_{2,1}=V^2*2(\Delta t^2-2\Delta t+2),\quad com\quad V_{1}=V_{2}=V[/latex]


[latex]S_{2,1}=\sqrt{V^2*2(\Delta t^2-2\Delta +2)}[/latex]


[latex]S_{2,1}=V\sqrt{2(\Delta t^2-2\Delta +2)}\quad\quad\quad(I)[/latex]

Analisando a expressão, percebo que, caso a expressão [latex](\Delta t^2-2\Delta t+2\)\quad(II)[/latex] possua valor mínimo, ao multplicar com o restante dos elementos da expressão (I), [latex]S_{2,1}[/latex] resultará num valor mínimo, como é pedido na questão.
Determinar o vértice de (II) é simples e minha resposta bate com o gabarito, sendo esse valor igual a 1 minuto. Aqui é que nasce minha dúvida.
Quando eu substituo [latex]\Delta t[/latex] = 1 min em (II), com V = 60 km/h, o valor de [latex]S_{2,1}[/latex] não bate com o gabarito, que seria [latex]\sqrt{2} \ km[/latex]. Eu pensei em converter minuto em horas, com [latex]\Delta t[/latex] = 1/60 horas, para depois aplicar em (II), mas também não deu certo. O único jeito que vi que talvez desse certo, seria após substituir [latex]\Delta t[/latex] = 1 min em (II), e tirar a raiz quadrada de 2*(II), converter esse resutado para horas. Entretanto, para mim, isso não faz sentido, porque a variável de (II) é o tempo, mas eu não faço ideia de qual unidade essa equação retorna. Basicamente eu estaria tomando o tempo como variável numa equação para obter o tempo novamente, e isso não faz muito sentido na minha cabeça, sendo assim, a única interpretação que me fica clara é de que (II) me retornaria um número adimensional. Entretanto, se ele é adimensional, não faria sentido converter para horas.
Uma das coisas que me ajuda a ver que essa é a direção certa, é que [latex]V_{2,1}=60\sqrt{2}[/latex], portanto, basicamente eu teria em (I)

[latex]S_{2,1}=V*\sqrt{2(\Delta t^2-2\Delta t+2)}[/latex]



[latex]S_{2,1}=(V\sqrt{2})(\sqrt{\Delta t-2\Delta t+2})[/latex]



[latex]S_{2,1}=V_{2,1}*\sqrt{(\Delta t^2-2\Delta t+2)}\quad\quad\quad(III)[/latex]

E se eu fosse equacionar a velocidade média do trem 2 em relação ao trem 1, eu teria 

[latex]S_{2,1}=V_{2,1}*\Delta t[/latex]

Que possui certa similaridade matemática com (III). Porém se fosse realmente verdade que
 
[latex]\Delta t=\sqrt{2\Delta t^2-2\Delta t+2}[/latex]

Como poderia ser interpretado uma equação que possui o tempo como variável e me retorna o tempo?

Heroe147
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