Establece un sistema de referencia con instante inicial (ti = 0) correspondiente al instante en que el conductor acciona los frenos, con eje de posiciones OX con dirección y sentido positivo acordes al desplazamiento del auto, y con origen de coordenadas en el punto correspondiente al instante inicial.
Luego, tienes los datos iniciales:
ti = 0, xi = 0, vi = 40 m/s, a = a determinar;
y puedes plantear las ecuaciones de Movimiento Rectilíneo Uniformemente Variado (observa que cancelamos términos nulos):
x = 40*t + (1/2)*a*t2,
v = 40 + a*t;
luego, tienes los datos finales:
tf = a determinar, xf = 250 m, vf = a determinar;
y puedes sustituir expresiones en las ecuaciones, y queda:
250 = 40*tf + (1/2)*a*tf2 (1),
vf = 40 + a*tf (2);
y observa que tienes dos ecuaciones con tres incógnitas.
Luego, observa que las fuerzas que actúan sobre el auto son:
Peso, que es vertical con sentido hacia abajo (y es perpendicular a la dirección de movimiento),
Acción normal del suelo, que es vertical con sentido hacia arriba (y es perpendicular a la dirección de movimiento),
Rozamiento del suelo, que es horizontal con sentido opuesto al movimiento;
luego, aplicas la Segunda Ley de Newton y tienes dos ecuaciones:
N - P = 0,
fr = M*a,
sustituyes expresiones y valores (consideramos: g = 10 m/s2), y queda:
N - 6000 = 0, aquí sumas 6000 en ambos miembros, y queda: N = 6000 N,
-1200 = 600*a, aquí divides por 600 en ambos miembros, y queda: -2 m/s2 = a.
Luego, sustituyes el valor de la aceleración que hemos remarcado en la ecuación señalada (1), y queda:
250 = 40*tf - tf2, sumas tf2 y restas 40*tf en ambos miembros, y queda:
tf2 - 40*tf + 250 = 0,
que es una ecuación polinómica cuadrática cuyas soluciones son:
a)
tf = ( 40 - √(600) )/2 = ( 20 - √(150) ) s ≅ 7,752 s,
b)
tf = ( 40 + √(600) )/2 = 20 + √(150) ≅ 32,247 s,
por lo que elegimos a la primera opción por ser la que expresa el menor valor posible.
Luego, reemplazas los valores de la aceleración y del instante final que hemos remarcado en la ecuación señalada (2), y queda:
vf = 40 - 2*( 20 - √(150) ) = 2*√(150) m/s ≅ 24,495 m/s.
Espero haberte ayudado.
La aceleración del auto deportivo es:
a = F/m = -1200/600 = -2 m/s²
Luego, de las ecuaciones del MRUA tenemos que:
y = vo·t+(1/2)·a·t²
v = vo+a·t
De las dos anteriores, eliminando t, tenemos que la fórmula que nos interesa en este problema es:
v²-v0² = 2·a·d
v²=v0²+2·a·d = 40²-2·2·250=600
v=raiz(600)=24,5 m/s
que es la velocidad al llegar al cruce.
Saludos.