Uma partícula de massa move-se sobre uma linha reta horizontal num Movimento Harmônico Simples (MHS) com centro . Inicialmente, a partícula encontra-se na máxima distância de e, a seguir, percorre uma distância no primeiro segundo e uma distância no segundo seguinte, na mesma direção e sentido. Quanto vale a amplitude desse movimento?
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Analisando a situação, podemos pensar em algo como:\begin{matrix} (x_0\overbrace{) --- (}^{{a}}1s\underbrace{) --- (}_{{b}}2s) --- (0)
\end{matrix}Assim, com conhecimento das funções horárias do MHS:
\begin{matrix} x = A\cos{(wt +\varphi)}
\end{matrix}Como a situação parte da distância máxima $x_0$, essa que também será a amplitude do MHS, pode-se admitir que $\varphi = 0$. Então, continuando:\begin{matrix} x = x_0\cos{(wt)}
\end{matrix}Dessa maneira, conseguimos analisar cada caso:
• $t = 1s$\begin{matrix} x_0 - a = x_0\cos{(w)} &\Rightarrow& \cos{(w)} = {\dfrac{x_0 - a}{x_0}} \ \ \color{royalblue}{(1)}
\end{matrix}
• $t = 2s$\begin{matrix} x_0 - (a+b) = x_0\cos{(2w)} &\Rightarrow& \cos{(2w)} = {\dfrac{x_0 - (a+b)}{x_0}}
\end{matrix}$\color{orangered}{\text{Obs:}}$ $ \color{gray}{\cos{(2w)} = 2\cos^2{(w)} - 1}$
\begin{matrix} \cos^2{(w)} = {\dfrac{2x_0 - (a+b)}{2x_0}} \ \ \color{royalblue}{(2)}
\end{matrix}Ao substituir $(1)$ em $(2)$:\begin{matrix} \left({\dfrac{x_0 - a}{x_0}}\right)^2 = {\dfrac{2x_0 - (a+b)}{2x_0}} &\Rightarrow& 2(x_0 - a)^2 =[2x_0 - (a+b)]x_0
\end{matrix}\begin{matrix} \fbox{$ x_0 = {\dfrac{2a^2}{(3a - b)}}$} \\ \\ Letra \ (C)
\end{matrix}