Halliday & Resnick
Fundamentos de Física – 10a Edição
Volume 1
Capítulo 4: Movimento em Duas e Três Dimensões
Exercício 58:
Enunciado:
Um ventilador realiza 1200 revoluções por minuto. Considere um ponto situado na extremidade de uma das pás, que descreve uma circunferência com 0,15 m de raio… para ter acesso ao enunciado completo, cheque a disponibilidade do livro na biblioteca da sua instituição de ensino. O livro também pode ser adquirido através desse link.
Dados relevantes fornecidos no enunciado:
Item (a):
Nos é pedido a distância percorrida pela extremidade da pá em uma revolução. Como tal ponto descreve uma circunferência, basta calcular o comprimento de uma circunferência ($C$), ou seja, uma revolução, sendo:
$$
C = 2 \cdot \pi \cdot R
\tag{1}$$
No qual $R$ é o raio da circunferência. Portanto,
$$
\boxed{C = 2 \cdot \pi \cdot 0,15\;m = 0,94\;m}
\tag{2}$$
Item (b):
O enunciado nos pergunta a velocidade desse ponto na extremidade. Para isso, escrevemos a velocidade em termos de velocidade angular:
$$
v= \omega R
\tag{3}$$
Perceba que como $\omega$ tem unidade de $rad/s$, temos a análise dimensional correta nessa equação. Apenas para tentar esclarecer melhor a origem “física” dessa equação, podemos pensar nela como sendo uma “linearização” da velocidade angular. Veja que a velocidade angular, que descreve a taxa de revolução angular no tempo, é multiplicada pela raio, de modo agora temos uma taxa de variação da posição (e não mais do ângulo) em relação ao tempo.
Podemos também transformar $\omega$ em frequência $f$ com dimensões de $1\;/s$, uma vez que é a frequência de revolução que nos é dada pelo exercício.
$$
\omega=2\pi f
\tag{4}$$
Substituindo (4) em (3), temos:
$$
v= 2 \pi f R
\tag{5}$$
A frequência pode ser calculada dividindo o número de revoluções por segundo (já transformando minuto em segundos):
$$
f = \frac{1200}{60} = 20\;Hz
\tag{6}$$
Portanto, voltando a equação (5), temos:
$$
\boxed{v =2 \cdot \pi \cdot 20 \cdot 0,15 = 18,8\;m/s}
\tag{7}$$
Item (c):
Para calcular a aceleração ($a$), devemos utilizar a equação da aceleração centrípeta dada por:
$$
a = \omega^{2} R = \frac{v^{2}}{R}
\tag{8}$$
Como já calculamos a velocidade:
$$
\boxed{a = \frac{(18,8)^{2}}{0,15} = 2366\;m/s^{2}}
\tag{9}$$
Item (d):
O período (T) do movimento simplesmente é o inverso da frequência, ou seja:
$$
\boxed{T = \frac{1}{f} = \frac{1}{20} = 0,05\;s}
\tag{10}$$
Ou seja, o ventilador demora 0,05 segundos para dar uma volta completa.




