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(UFAM) Em todas as questões que forem necessárias o uso da aceleração da gravidade, adote g =10m/s², e da densidade da água, adote ρ=1g/cm³

04. (UFAM) Em todas as questões que forem necessárias o uso da aceleração da gravidade, adote g =10m/ s², e da densidade da água, adote ρ=1g / cm³.

Um estudante precisava obter, experimentalmente, o período de um pêndulo simples, T. No entanto, não lembrava a expressão física desta grandeza, apenas lembrava-se das explicações de seu professor de que o período é medido em unidade de tempo, e depende apenas do comprimento do pêndulo e da aceleração da gravidade local. Decidiu assumir que T = kℓagb, onde k é uma constante adimensional, ℓ é o comprimento do pêndulo e g a aceleração da gravidade. Por meio de análise dimensional, que é uma poderosa ferramenta para evitar memorizar equações físicas, o estudante encontrou os seguintes valores das constantes a e b na expressão proposta para o período:

  1. a =1/ 2 e b = −1/ 2
  2. a =1/ 2 e b = −1
  3. a =1 e b = −1/ 2
  4. a = −1/ 2 e b =1/ 2
  5. a =1/ 2 e b =1/ 2

Resposta: A

Resolução:

A análise dimensional é uma técnica que permite determinar as dimensões de uma grandeza física a partir das dimensões das grandezas que a definem. No caso do período de um pêndulo simples, temos que:

T = kℓagb

Onde:

T é o período, em tempo

ℓ é o comprimento do pêndulo, em comprimento

g é a aceleração da gravidade, em aceleração

Para que a expressão tenha dimensões de tempo, devemos ter:

[T] = [ℓ]a [g]b

[tempo] = [comprimento]a [aceleração]b

[T] = [ℓ]a [L]b [T]-b

1 = a + b - b

1 = a - b

Resolvendo a equação, obtemos a = 1/2 e b = −1/2.

Portanto, a expressão correta para o período de um pêndulo simples é:

T = kℓ1/2g-1/2

Explicação detalhada:

Para que a expressão tenha dimensões de tempo, o expoente da grandeza comprimento deve ser 1/2, pois o comprimento é elevado a uma potência fracionária. O expoente da grandeza aceleração deve ser -1/2, pois a aceleração é elevada a uma potência negativa.

Assim, a expressão correta para o período de um pêndulo simples é:

T = kℓ1/2g-1/2