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?
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.
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.
C) A força é maior na colisão com a barreira de blocos, e a energia dissipada é a mesma nas duas situações.
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.
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.
Resolução em Texto
Matérias Necessárias para a Solução da Questão:
- Mecânica (Impulso, Quantidade de Movimento e Energia Mecânica)
Nível da Questão:
- Médio (exige raciocínio sobre força média, tempo de colisão, mudança de quantidade de movimento e dissipação de energia)
Gabarito:
- Alternativa correta: A
Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo
📌 Essência do Enunciado
Carros podem bater na parede de proteção de um autódromo. Se forem pneus, a colisão é mais “elástica”, com alguma devolução de velocidade ao carro. Se forem blocos deformáveis, a colisão dura tempo semelhante, porém o carro não retorna — ou seja, perde quase toda a velocidade e não “salta” para trás. O texto quer comparar a força média sobre o carro e a energia mecânica dissipada em cada caso.
🔹 Palavras-Chave:
- “colisão com pneus” (duração maior, carro volta)
- “colisão com blocos” (duração parecida, carro não volta)
- “força média”
- “energia mecânica dissipada”
🔹 Objetivo:
Determinar qual colisão exerce maior força média no carro e em qual delas há maior dissipação de energia.
Passo 2: Explicação de Conceitos Necessários
📌 Conceitos Fundamentais
- Impulso (I):
- I = F * Δt = variação da quantidade de movimento (Δp).
- Se o tempo de contato (Δt) for igual e a variação de velocidade for maior, então F será maior também.
- Energia Dissipada:
- Em colisões, a energia cinética inicial pode ser transformada em calor, deformação etc.
- Se o carro não retorna (final velocidade zero), dissipa mais energia do que se ainda voltar com alguma velocidade.
Passo 3: Tradução e Interpretação do Texto
📌 Contexto Resumido
- “Barreira de pneus”: O carro volta com certa velocidade, portanto não perde toda a energia cinética.
- “Barreira de blocos deformáveis”: Carro não retorna, dissipando quase toda a energia (menos rebote).
- Tempos de colisão semelhantes.
🔹 Conclusões parciais:
- O “rebote” indica maior variação de quantidade de movimento (pois velocidade final é para trás). Então, se o tempo é o mesmo, a força média na barreira de pneus tende a ser maior.
- O fato de o carro não retornar no segundo caso indica maior dissipação de energia.
Passo 4: Desenvolvimento do Raciocínio e Cálculos
- Força Média (F) e Impulso
- Impulso = Δp = m * (vₒ – vfinal).
- Colisão com pneus: vfinal é negativa (carro volta para trás). A mudança de velocidade é maior.
- Mesma duração (Δt semelhante) → F = (Δp)/Δt maior no caso dos pneus.
- Energia Dissipada
- A energia mecânica dissipada = Ecin inicial – Ecin final.
- Com blocos deformáveis, a velocidade final é praticamente zero → mais energia foi convertida em calor e deformação → dissipação maior.
Passo 5: Análise das Alternativas
- (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.”
✅ Correta. Responde exatamente ao raciocínio: maior F onde há rebote, maior dissipação onde não há rebote. - (B) ❌ Inverte as conclusões.
- (C) ❌ Diz que a energia dissipada é a mesma, o que não procede.
- (D) ❌ Traz conclusões incorretas sobre força e dissipação.
- (E) ❌ A força não é maior no bloco e a energia dissipada não é maior nos pneus.
Passo 6: Conclusão e Justificativa Final
🔍 Resumo Final
- No caso de pneus, o carro “quica”, o que significa maior variação de velocidade (Δp maior), resultando em força média maior.
- No caso de blocos deformáveis, a colisão para totalmente o carro, dissipando mais energia.
Portanto, a resposta correta é:
✅ Alternativa (A).
