Uma garota de 50 kg está brincando em um balanço constituído de um assento e de uma corda ideal que tem uma de suas extremidades presa nesse assento e a outra, em um saco de areia de 66 kg que está apoiado, em repouso, sobre o piso horizontal. A corda passa por duas roldanas ideais fixas no teto e, enquanto oscila, a garota percorre uma trajetória circular contida em um plano vertical de modo que, ao passar pelo ponto A, a corda fica instantaneamente vertical.

Desprezando a resistência do ar e a massa do assento, considerando g = 10 m/s2 e as informações contidas na figura, a maior velocidade, em m/s, com a qual a garota pode passar pelo ponto A sem que o saco de areia perca contato com o solo é igual a

  • a

    2.

  • b

     5. 

  • c

    3. 

  • d

    4.

  • e

    1.

Observe a figura a seguir:

Na situação limite para que o saco de areia não perca o contato com o chão «math style=¨font-family:Tahoma¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mfenced»«mrow»«mover»«mi mathvariant=¨normal¨»N«/mi»«mo»§#x021C0;«/mo»«/mover»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«mover»«mi mathvariant=¨normal¨»O«/mi»«mo»§#x021C0;«/mo»«/mover»«/mrow»«/mfenced»«/math» , tem-se que a força tração do fio é igual ao peso do saco de areira «math style=¨font-family:Tahoma¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mfenced»«mrow»«mi mathvariant=¨normal¨»T«/mi»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»P«/mi»«mi»saco«/mi»«/msub»«/mrow»«/mfenced»«/math».
Como a garota encontra-se em movimento, pode-se calcular o valor da força tração (T) a partir da resultante centrípeta no ponto A, cuja trajetória circular tem raio R = 5,0m:

«math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»R«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»C«/mi»«/msub»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»m«/mi»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»§#x000B7;«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»a«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»C«/mi»«/msub»«mspace linebreak=¨newline¨/»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»R«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»C«/mi»«/msub»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»T«/mi»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»-«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»P«/mi»«mi»garota«/mi»«/msub»«mspace linebreak=¨newline¨/»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»a«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»C«/mi»«/msub»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«mfrac»«msup»«mi mathvariant=¨normal¨»V«/mi»«mn»2«/mn»«/msup»«mi mathvariant=¨normal¨»R«/mi»«/mfrac»«mspace linebreak=¨newline¨/»«mi mathvariant=¨normal¨»P«/mi»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»m«/mi»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»§#x000B7;«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»g«/mi»«mspace linebreak=¨newline¨/»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»R«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»C«/mi»«/msub»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»m«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»G«/mi»«/msub»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»§#x000B7;«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»a«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»C«/mi»«/msub»«mspace linebreak=¨newline¨/»«mi mathvariant=¨normal¨»T«/mi»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»-«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»P«/mi»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»m«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»G«/mi»«/msub»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»§#x000B7;«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«mfrac»«msup»«mi mathvariant=¨normal¨»V«/mi»«mn»2«/mn»«/msup»«mi mathvariant=¨normal¨»R«/mi»«/mfrac»«mspace linebreak=¨newline¨/»«mi mathvariant=¨normal¨»T«/mi»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»m«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»G«/mi»«/msub»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»§#x000B7;«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«mfrac»«msup»«mi mathvariant=¨normal¨»V«/mi»«mn»2«/mn»«/msup»«mi mathvariant=¨normal¨»R«/mi»«/mfrac»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»m«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»G«/mi»«/msub»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»§#x000B7;«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»g«/mi»«mspace linebreak=¨newline¨/»«mi mathvariant=¨normal¨»T«/mi»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«mn»50«/mn»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»§#x000B7;«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«mfrac»«msup»«mi mathvariant=¨normal¨»V«/mi»«mn»2«/mn»«/msup»«mn»5«/mn»«/mfrac»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«mn»50«/mn»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»§#x000B7;«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«mn»10«/mn»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»§#x02192;«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»T«/mi»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«mn»10«/mn»«msup»«mi mathvariant=¨normal¨»V«/mi»«mn»2«/mn»«/msup»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«mn»500«/mn»«/math»

Portanto, na situação limite:

«math style=¨font-family:Tahoma¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mi mathvariant=¨normal¨»T«/mi»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»P«/mi»«mi»saco«/mi»«/msub»«mspace linebreak=¨newline¨/»«mi mathvariant=¨normal¨»T«/mi»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«mn»10«/mn»«msup»«mi mathvariant=¨normal¨»V«/mi»«mn»2«/mn»«/msup»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«mn»500«/mn»«mspace linebreak=¨newline¨/»«mi mathvariant=¨normal¨»P«/mi»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»m«/mi»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»§#x000B7;«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»g«/mi»«mspace linebreak=¨newline¨/»«mi mathvariant=¨normal¨»T«/mi»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»P«/mi»«mi»saco«/mi»«/msub»«mspace linebreak=¨newline¨/»«mn»10«/mn»«msup»«mi mathvariant=¨normal¨»V«/mi»«mn»2«/mn»«/msup»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«mn»500«/mn»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»m«/mi»«mi»saco«/mi»«/msub»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»§#x000B7;«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»g«/mi»«mspace linebreak=¨newline¨/»«mn»10«/mn»«msup»«mi mathvariant=¨normal¨»V«/mi»«mn»2«/mn»«/msup»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«mn»500«/mn»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«mn»66«/mn»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»§#x000B7;«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«mn»10«/mn»«mspace linebreak=¨newline¨/»«msup»«mi mathvariant=¨normal¨»V«/mi»«mn»2«/mn»«/msup»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«mn»16«/mn»«mspace linebreak=¨newline¨/»«mi mathvariant=¨normal¨»V«/mi»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«mn»4«/mn»«mo»§#x000A0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»m«/mi»«mo»/«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»s«/mi»«/math»