Uma partícula de dimensões desprezíveis oscila em movimento harmônico simples ao longo de uma reta com período de e amplitude . Uma segunda partícula, , semelhante a , oscila de modo idêntico numa reta muito próxima e paralela à primeira, porém com atraso de em relação a . Qual a distância que separa de , depois de passar por um ponto de máximo deslocamento?
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Com conhecimento das equações do MHS, além de perceber que o enunciado deixa claro o fato de ambas as partículas oscila de modo idêntico, podemos escrever:
\begin{matrix} x_1 = a\cos{(wt + \varphi_1)} &,& x_2 = a\cos{(wt + \varphi_2)}
\end{matrix}Como queremos que a partícula $P_2$ parta de um ponto máximo, temos:
\begin{matrix} \varphi_2 = k\pi &,& k \in \mathbb{Z}
\end{matrix}Visto que, o enunciado deixa claro o fato de $P_2$ estar atrasada em relação a $P_1$, isto é, equivale dizer que $P_1$ está adiantada em relação a $P_2$, pode-se escrever :
\begin{matrix} \varphi_1 = \dfrac{\pi}{12} + k\pi
\end{matrix}Para facilitar as contas, façamos $k=0$
\begin{matrix} \varphi_2 = 0 &,& \varphi_1 = \dfrac{\pi}{12}
\end{matrix}Sabido o período do MHS $(T)$, temos $w$ como:
\begin{matrix} w = { \dfrac{2\pi}{T} } &\Rightarrow& \fbox{$w = { \dfrac{3\pi}{4}}$}
\end{matrix}Agora, para $t = \dfrac{8}{9}$
\begin{matrix} x_1 = a\cos{\left(\dfrac{3\pi}{4} \cdot \dfrac{8}{9} + \dfrac{\pi}{12}\right)} &,& x_2 = a\cos{\left( \dfrac{3\pi}{4} \cdot \dfrac{8}{9}\right)}\\ \\
x_1 = a\cos{\left( \dfrac{9\pi}{12}\right)} && x_2= a\cos{\left( \dfrac{2\pi}{3}\right)}
\end{matrix}$\color{orangered}{\text{Obs:}}$ \begin{matrix}
\color{gray}{ \cos{\left( \dfrac{9\pi}{12}\right)} = \cos{\left( \pi - \dfrac{3\pi}{12}\right)} = - \cos{\left( \dfrac{\pi}{4}\right)} \ \ \ , \ \ \cos{\left( \dfrac{2\pi}{3}\right)} = \cos{\left( \pi - \dfrac{\pi}{3}\right)} = - \cos{\left( \dfrac{\pi}{3}\right)}
}
\end{matrix}\begin{matrix}
\fbox{$x_1 = -a\dfrac{\sqrt{2}}{2}$} &&,&& \fbox{$x_2= -a \dfrac{1}{2} $}
\end{matrix}Por fim, a distância que as separam: \begin{matrix} |x_2 - x_1| = \bigg|-a \dfrac{1}{2} + a\dfrac{\sqrt{2}}{2} \bigg| = \dfrac{a}{2}(\sqrt{2} - 1)
\end{matrix}
Sugestão: $\sqrt{2} < \dfrac{3}{2}$
\begin{matrix} |x_2 - x_1| < \dfrac{a}{2} \left (\dfrac{3}{2} - 1\right) &\therefore& |x_2 - x_1| < 0,25a
\end{matrix}\begin{matrix} Letra \ (D)
\end{matrix}