Um operário sai de sua casa e caminha por 600 metros em 5 minutos até o ponto de ônibus, assim que chega ao
ponto toma o ônibus e viaja por 40 minutos a uma velocidade constante de 18 quilômetros por hora até a
fábrica onde trabalha. Se ele fizesse todo o trajeto de bicicleta, a uma velocidade constante de 6 metros
por segundo. Quanto tempo levaria de casa até a fábrica? Dê a resposta em minutos.
Dados do problema:
- Distância da casa ao ponto de ônibus: ΔS1 = 600 m;
- Intervalo de tempo da casa ao ponto de ônibus: Δt1 = 5 min;
- Intervalo de tempo do ponto de ônibus à fábrica: Δt2 = 40 min;
- Velocidade do ônibus: vo = 18 km/h;
- Velocidade da bicicleta: v3 = 6 m/s.
Esquema do problema:
Adotamos um sistema de referência orientado para a direita (Figura 1)
Solução:
Convertendo os intervalos de tempos dados em minutos para segundos e a velocidade do ônibus dada em
quilômetros por hora para metros por segundo usados no Sistema Internacional de Unidades
(S.I.)
\[
\begin{gather}
\Delta t_1=5\;\mathrm{\cancel{min}}\times\frac{60\;\mathrm s}{1\;\mathrm{\cancel{min}}}=300\;\mathrm s \\[10pt]
\Delta t_2=40\;\mathrm{\cancel{min}}\times\frac{60\;\mathrm s}{1\;\mathrm{\cancel{min}}}=2400\;\mathrm s \\[10pt]
v_2=18\;\frac{\mathrm{\cancel{km}}}{\mathrm{\cancel h}}\times\frac{1000\;\mathrm m}{1\;\mathrm{\cancel{km}}}\times\frac{1\;\mathrm{\cancel h}}{3600\;\mathrm s}=\frac{18}{3,6}\;\frac{\mathrm m}{\mathrm s}=5\;\mathrm{m/s}
\end{gather}
\]
O deslocamento total do operário de bicicleta, ΔS, será a soma dos deslocamentos a pé,
ΔS1, e de ônibus, ΔS2
\[
\begin{gather}
\Delta S=\Delta S_1+\Delta S_2 \tag{I}
\end{gather}
\]
o deslocamento a pé já é dada no problema ΔS1 = 500 m, como o ônibus se desloca com
velocidade constante, sua velocidade coincide com a velocidade média, usando a equação a velocidade média
\[
\begin{gather}
\bbox[#99CCFF,10px]
{v_m=\frac{\Delta S}{\Delta t}}
\end{gather}
\]
\[
\begin{gather}
v_2=\frac{\Delta S_2}{\Delta t_2} \\[5pt]
\Delta S_2=v_2\;\Delta t_2 \\[5pt]
\Delta S_2=5\times 2400 \\[5pt]
\Delta S_2=12000\;\mathrm m
\end{gather}
\]
Da equação (I), o deslocamento total será
\[
\begin{gather}
\Delta S=600+12000\\[5pt]
\Delta S=12600\;\mathrm m
\end{gather}
\]
como a velocidade da bicicleta é constante também usamos a equação da velocidade média para saber o tempo
total do trajeto Δt
\[
\begin{gather}
v_3=\frac{\Delta S}{\Delta t} \\[5pt]
\Delta t=\frac{\Delta S}{v_3} \\[5pt]
\Delta t=\frac{12600}{6} \\[5pt]
\Delta t=2100\;\mathrm s
\end{gather}
\]
convertendo este valor para minutos
\[
\begin{gather}
\Delta t=2100\;\mathrm{\cancel s}\times\frac{1\;\mathrm{min}}{60\;\mathrm{\cancel s}}=35\;\mathrm{min}
\end{gather}
\]
\[
\begin{gather}
\bbox[#FFCCCC,10px]
{\Delta t=35\;\mathrm{min}}
\end{gather}
\]