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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 105 do ENEM 2022

2º dia · Ciências da Natureza · H18 · Física: Colisões

Em um autódromo, os carros podem derrapar em uma curva e bater na parede de proteção. Para diminuir o impacto de uma batida, pode-se colocar na parede uma barreira de pneus, isso faz com que a colisão seja mais demorada e o carro retorne com velocidade reduzida. Outra opção é colocar uma barreira de blocos de um material que se deforma, tornando-a tão demorada quanto a colisão com os pneus, mas que não permite a volta do carro após a colisão.

Comparando as duas situações, como ficam a força média exercida sobre o carro e a energia mecânica dissipada?

  1. A
    A força é maior na colisão com a barreira de pneus, e a energia dissipada é maior na colisão com a barreira de blocos.
  2. B
    A força é maior na colisão com a barreira de blocos, e a energia dissipada é maior na colisão com a barreira de pneus.
  3. C
    A força é maior na colisão com a barreira de blocos, e a energia dissipada é a mesma nas duas situações.
  4. D
    A força é maior na colisão com a barreira de pneus, e a energia dissipada é maior na colisão com a barreira de pneus.
  5. E
    A força é maior na colisão com a barreira de blocos, e a energia dissipada é maior na colisão com a barreira de blocos.
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Resolução comentada

Use o teorema do impulso: a força média vezes o tempo de colisão é igual à variação da quantidade de movimento do carro, F_m\,\Delta t = |\Delta Q|.

Força média. O enunciado diz que as duas colisões duram o mesmo tempo, então basta comparar |\Delta Q|.

  1. Na barreira de blocos, o carro para. Com v_f=0: |\Delta Q| = m v_i.
  2. Na barreira de pneus, o carro volta com velocidade reduzida, no sentido oposto. Com v_f=-v': |\Delta Q| = m(v_i + v'), que é maior que m v_i.

Como o \Delta t é igual, a força média é maior na barreira de pneus.

Energia dissipada. Ela é a energia cinética perdida:

  1. Blocos: o carro termina parado, então dissipa toda a energia, \dfrac{m v_i^2}{2}.
  2. Pneus: o carro ainda tem energia cinética \dfrac{m v'^2}{2} depois do choque, então dissipa \dfrac{m v_i^2}{2}-\dfrac{m v'^2}{2}, que é menos.

A energia dissipada é maior na barreira de blocos.

Conclusão: a força é maior com os pneus e a energia dissipada é maior com os blocos.

Alternativa A.

Pegadinha: A alternativa C engana ao supor que, por o tempo ser igual, a força seria maior nos blocos; ignora que o carro que volta tem maior variação de quantidade de movimento.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • BInverte as duas conclusões: a força maior é a dos pneus (o carro inverte o sentido) e a energia maior é a dissipada nos blocos.
  • CA energia dissipada não é igual: nos pneus o carro mantém parte da energia cinética ao voltar; além disso, a força maior é a dos pneus.
  • DA força está certa, mas a energia dissipada é menor nos pneus, pois o carro retorna com velocidade.
  • EErra a força: com o mesmo tempo, a maior variação de quantidade de movimento ocorre nos pneus, não nos blocos.

Assuntos: Colisões, Impulso e quantidade de movimento.

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