PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 76 (CFS 1) da EEAR 2022
– Um bloco homogêneo de madeira, de massa M, está preso por um fio ideal no teto. Um projétil, de massa m, com velocidade constante v_0 atinge exatamente o centro de massa do bloco, incrustando-se no bloco, conforme a figura a seguir. Com isso, o centro de massa do bloco, agora com o projétil agregado, sobe uma altura h, com relação a trajetória retilínea original do projétil, atingindo nessa altura uma velocidade nula. Desprezando qualquer tipo de atrito e considerando a intensidade da aceleração da gravidade no local igual a g, dentre as alternativas a seguir, qual expressa corretamente o valor da grandeza h?

- A\dfrac{(m + M)}{2g}
- B\dfrac{1}{2g}\left(\dfrac{mv_0}{m + M}\right)^2
- C\dfrac{1}{2g}\dfrac{v_0}{m}
- D\dfrac{(m + M)^2}{gv_0}
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Resolução comentada
O problema tem duas etapas: a colisão e a subida do conjunto.
Colisão (projétil incrustado). Na colisão, o tempo é muito curto e não há força externa horizontal relevante, então a quantidade de movimento horizontal se conserva. O bloco está inicialmente parado:
onde V é a velocidade do conjunto logo após o choque. A energia mecânica não se conserva nessa etapa (colisão perfeitamente inelástica), por isso não podemos igualar a energia antes e depois do choque.
Subida (pêndulo). Depois do choque, só o peso realiza trabalho (a tração do fio é perpendicular ao movimento e não há atrito), então a energia mecânica se conserva. A energia cinética logo após o choque vira energia potencial no ponto mais alto, onde a velocidade é nula:
Substituindo V:
Essa expressão aparece na alternativa B. Conferindo as unidades: V^2/g tem unidade de (\text{m/s})^2/(\text{m/s}^2)=\text{m}, ou seja, comprimento, como esperado para uma altura.
Alternativa B.
Por que as outras alternativas estão erradas
- ANão tem dependência de v_0 e as unidades não resultam em comprimento; não vem de nenhuma conservação.
- CExpressão sem sentido físico: v_0/m não dá comprimento e não vem da conservação do momento nem da energia.
- DNão deriva de nenhuma conservação; as unidades não resultam em comprimento e a dependência com v_0 está invertida.
Assuntos: Colisões, Energia mecânica e sua conservação.
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Fonte: EEAR 2022 · CFS 1. Prova oficial ↗