Gabarito disponível
Um sistema massa-mola é composto por um bloco de massa m = 250 g que está acoplado a uma mola ideal que sofre uma deformação de 2,0 cm quando está sujeita à ação de uma força de 2,0 N na direção do seu eixo central. Num aparato experimental, que possui uma régua fixa, a interface bloco-mola está na posição x₀ = 10 cm quando a mola está no seu comprimento natural (condição de equilíbrio da mola não comprimida). Suponha que o bloco foi movimentado do ponto de equilíbrio até que a interface alcançou a posição x₁ = 15 cm e, no instante t₀ = 0,0s, o bloco foi liberado. Considere que, quando posto para oscilar ao longo do eixo x, o bloco executa um movimento harmônico simples não amortecido, pois nesse sistema atuam somente forças conservativas e não existe trabalho realizado por nenhuma força externa. Assim, assinale a opção que apresenta a velocidade máxima do bloco, em m/s.
Resolução comentada
Velocidade máxima no MHS: v = A·√(k/m), com k = F/x e A = 5 cm.
A constante da mola é k = F/x = 2,0/0,02 = 100 N/m. A amplitude é a distância entre o equilíbrio (10 cm) e o ponto de liberação (15 cm), ou seja, A = 5 cm = 0,05 m. Com m = 0,25 kg, ω = √(k/m) = √(100/0,25) = 20 rad/s. Logo v_máx = ω·A = 20 × 0,05 = 1,0 m/s.
Análise das alternativas
A) 0,1 m/s resulta de erro de potência de 10 nas unidades. C), D) e E) são valores muito altos, que vêm de usar a amplitude em cm ou de errar ω.
Referência: MHS massa-mola: ω = √(k/m); v_máx = ωA.
Resolução comentada do VaiConcursos.