Pedrinho e Carlinhos são garotos de massas iguais a 48 kg cada um e estão inicialmente sentados, em repouso, sobre uma gangorra constituída de uma tábua homogênea articulada em seu ponto médio, no ponto O. Próxima a Carlinhos, há uma pedra de massa M que mantém a gangorra em equilíbrio na horizontal, como representado na figura 1.

Quando Carlinhos empurra a pedra para o chão, a gangorra gira e permanece em equilíbrio na posição final, representada na figura 2, com as crianças em repouso nas mesmas posições em que estavam inicialmente.

Calcule o valor da relação VP /VC, sendo VP e VC os módulos das velocidades escalares médias de Pedrinho e de Carlinhos, respectivamente, em seus movimentos entre as posições inicial e final. Em seguida, calcule o valor da massa M, em kg.

Na figura 1, as forças que agem na gangorra são:

Como a barra está em equilíbrio, pode-se escrever em relação ao ponto "O" que:

«math style=¨font-family:Tahoma¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mo»(«/mo»«munderover»«mrow»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§#x2211;«/mo»«/mrow»«mrow/»«mrow/»«/munderover»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»M«/mi»«mi»for§#xE7;as«/mi»«/msub»«mo»§#xA0;«/mo»«msub»«mo»)«/mo»«mrow»«mi»anti«/mi»«mo»-«/mo»«mi»hor§#xE1;rio«/mi»«/mrow»«/msub»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»(«/mo»«munderover»«mrow»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§#x2211;«/mo»«/mrow»«mrow/»«mrow/»«/munderover»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»M«/mi»«mi»for§#xE7;as«/mi»«/msub»«mo»§#xA0;«/mo»«msub»«mo»)«/mo»«mi»hor§#xE1;rio«/mi»«/msub»«mspace linebreak=¨newline¨/»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»P«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»p«/mi»«/msub»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§#xB7;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»d«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»p«/mi»«/msub»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»P«/mi»«mi»pedra«/mi»«/msub»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§#xB7;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»d«/mi»«mi»pedra«/mi»«/msub»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»P«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»c«/mi»«/msub»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§#xB7;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»d«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»c«/mi»«/msub»«mo»§#xA0;«/mo»«mfenced open=¨{¨ close=¨¨»«mtable columnspacing=¨1.4ex¨ columnalign=¨left¨»«mtr»«mtd»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»d«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»p«/mi»«/msub»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mn»3«/mn»«mo»,«/mo»«mn»0«/mn»«mo»§#xA0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»m«/mi»«/mtd»«mtd/»«/mtr»«mtr»«mtd»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»d«/mi»«mi»pedra«/mi»«/msub»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mn»1«/mn»«mo»,«/mo»«mn»2«/mn»«mo»§#xA0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»m«/mi»«/mtd»«mtd/»«/mtr»«mtr»«mtd»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»d«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»c«/mi»«/msub»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mn»2«/mn»«mo»,«/mo»«mn»0«/mn»«mo»§#xA0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»m«/mi»«/mtd»«mtd/»«/mtr»«/mtable»«/mfenced»«mspace linebreak=¨newline¨/»«mn»480«/mn»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§#xB7;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mn»3«/mn»«mo»,«/mo»«mn»0«/mn»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»M«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§#xB7;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mn»10«/mn»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§#xB7;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mn»1«/mn»«mo»,«/mo»«mn»2«/mn»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mn»480«/mn»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§#xB7;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mn»2«/mn»«mo»,«/mo»«mn»0«/mn»«mspace linebreak=¨newline¨/»«mo»§#x2234;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«menclose notation=¨box¨»«mi mathvariant=¨normal¨»M«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mn»40«/mn»«mo»,«/mo»«mn»0«/mn»«mo»§#xA0;«/mo»«mi»kg«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«/menclose»«/mstyle»«/math»

Quando a pedra cai, a velocidade angular média de Pedrinho («math style=¨font-family:Tahoma¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mi mathvariant=¨normal¨»§#x3C9;«/mi»«/mstyle»«/math»p) tem o mesmo valor da velocidade angular média de Carlinhos («math style=¨font-family:Tahoma¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mi mathvariant=¨normal¨»§#x3C9;«/mi»«/mstyle»«/math»c), pois os dois giram em torno do mesmo ponto "O". 

Como, «math style=¨font-family:Tahoma¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mrow»«mi mathvariant=¨normal¨»V«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»§#x3C9;«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§#xB7;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»R«/mi»«/mrow»«/mstyle»«/math», tem-se:

«math style=¨font-family:Tahoma¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»§#x3C9;«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»p«/mi»«/msub»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»§#x3C9;«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»c«/mi»«/msub»«mspace linebreak=¨newline¨/»«mfrac»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»V«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»p«/mi»«/msub»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»R«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»p«/mi»«/msub»«/mfrac»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mfrac»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»V«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»c«/mi»«/msub»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»R«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»c«/mi»«/msub»«/mfrac»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§#x2192;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mfrac»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»V«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»p«/mi»«/msub»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»V«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»c«/mi»«/msub»«/mfrac»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mfrac»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»R«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»p«/mi»«/msub»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»R«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»c«/mi»«/msub»«/mfrac»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§#x2234;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«menclose notation=¨box¨»«mfrac»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»V«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»p«/mi»«/msub»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»V«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»c«/mi»«/msub»«/mfrac»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mfrac»«mrow»«mn»3«/mn»«mo»,«/mo»«mn»0«/mn»«/mrow»«mrow»«mn»2«/mn»«mo»,«/mo»«mn»0«/mn»«/mrow»«/mfrac»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mn»1«/mn»«mo»,«/mo»«mn»5«/mn»«/menclose»«/mstyle»«/math»