Em desenhos animados é comum vermos a personagem tentando impulsionar um barco soprando ar contra a vela para compensar a falta de vento. Algumas vezes usam o próprio fôlego, foles ou ventiladores. Estudantes de um laboratório didático resolveram investigar essa possibilidade. Para isso, usaram dois pequenos carros de plástico, A e B, instalaram sobre estes pequenas ventoinhas e fixaram verticalmente uma cartolina de curvatura
parabólica para desempenhar uma função análoga à vela de um barco. No carro B inverteu-se o sentido da ventoinha e manteve-se a vela, a fim de manter as características físicas do barco, massa e formato da cartolina. As figuras representam os carros produzidos. A montagem do carro A busca simular a situação dos desenhos
animados, pois a ventoinha está direcionada para a vela.
Com os carros orientados de acordo com as figuras, os estudantes ligaram as ventoinhas, aguardaram o fluxo de ar ficar permanente e determinaram os módulos das velocidades médias dos carros A (VA) e B (VB) para o mesmo intervalo de tempo.
A respeito das intensidades das velocidades médias e do sentido de movimento do carro A, os estudantes observaram que:
a) VA = 0; VB > 0; o carro A não se move.
b) 0 < VA < VB; o carro A se move para a direita.
c) 0 < VA < VB; o carro A se move para a esquerda.
d) 0 < VB < VA; o carro A se move para a direita.
e) 0 < VB < VA; o carro A se move para a esquerda.
Resolução em texto📖
📚Matérias Necessárias para a Solução da Questão
- Mecânica (Terceira Lei de Newton, Princípio da Conservação da Quantidade de Movimento)
- Dinâmica dos Fluidos (Forças exercidas pelo ar e reação da vela)
📊Nível da Questão:
- Médio.
✅Gabarito: Letra B – 0 < VA < VB; o carro A se move para a direita.
Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo
Comando da questão:
A questão propõe um experimento baseado em desenhos animados, onde um barco tenta se movimentar ao soprar contra sua própria vela. Para testar essa ideia, estudantes montaram dois carrinhos com ventiladores e velas em diferentes orientações. No Carro A, o ventilador está voltado para a vela, enquanto no Carro B, ele está direcionado para trás. A questão pede para analisar os modos de deslocamento dos carrinhos A e B, comparando as suas velocidades médias e direções de movimento.
🔑Palavras-chave:
- Terceira Lei de Newton (Ação e Reação).
- Conservação da Quantidade de Movimento.
- Força de propulsão do ventilador.
🎯Objetivo da questão:
Determinar como os carrinhos se movimentam e comparar suas velocidades médias.
⚠️ Dica Geral: Nas provas do ENEM e vestibulares, questões envolvendo Mecânica costumam abordar conceitos como forças, movimento, conservação de energia e leis de Newton. Esse tema é frequente na prova e aparece em diversos contextos do cotidiano.
📌 É fundamental entender que:
- As questões geralmente envolvem situações do dia a dia, como veículos em movimento, esportes, máquinas simples e forças aplicadas em objetos.
- O ENEM valoriza a compreensão conceitual antes da aplicação de fórmulas, exigindo que você interprete corretamente o problema antes de calcular.
Passo 2: Explicação de Conceitos Necessários
🔄 Terceira Lei de Newton (Ação e Reação): Toda força aplicada por um corpo sobre outro gera uma força de reação de mesma intensidade e direção, mas em sentido oposto. Isso significa que se o ventilador empurra o ar para um lado, o ar exerce uma força contrária no ventilador.
💨 Princípio da Conservação da Quantidade de Movimento: Quando um sistema não está sujeito a forças externas resultantes, sua quantidade de movimento total se conserva. No caso do ventilador, ele expulsa o ar em uma direção e sofre uma força oposta que gera deslocamento.
🪶 Interação do Vento com a Vela
- No Carro A, o ventilador sopra diretamente contra a vela. Parte do ar bate na vela e retorna, criando forças internas que tendem a se anular, reduzindo o movimento.
- No Carro B, o ventilador sopra o ar para trás, e pela Terceira Lei de Newton, o ar empurra o ventilador para frente, gerando um deslocamento mais eficiente.
📌 O que estamos buscando?
- Identificar qual carro se move e em qual direção.
- Comparar suas velocidades médias.
Passo 3: Tradução e Interpretação do Texto
📖 O enunciado apresenta dois carrinhos experimentais com ventiladores e velas para testar a possibilidade de autopropulsão.
💡 Analisando o Carro A:
O ventilador sopra o ar diretamente contra a vela. Se a vela fosse completamente plana, toda a força aplicada pelo ventilador seria anulada, impedindo o movimento.
No entanto, como a vela tem formato parabólico, parte do ar é refletida para os lados e parte pode ser redirecionada para trás. Esse efeito cria uma força líquida que não se anula completamente, permitindo um deslocamento.
Como o ventilador sopra o ar para frente, qualquer força resultante que restar atuará na mesma direção que o ventilador está empurrando o ar (ou seja, para a direita).
Isso faz com que o carro A se mova para a direita, mas com menor velocidade do que o carro B, porque parte das forças se cancelam no processo.
Conclusão: O carro A pode até se mover levemente, mas com velocidade menor.
💡 Analisando o Carro B:
O ventilador está orientado para trás, jogando o ar nessa direção. Pela Terceira Lei de Newton, o ventilador recebe uma força contrária, impulsionando o carro para frente.
Como não há uma vela para bloquear o fluxo de ar, o movimento é mais eficiente.
Conclusão: O carro B se move com maior velocidade.
🚫 Descartando hipóteses erradas:
- O carro A não fica parado (tem movimento, mas menor). Isso exclui a alternativa A.
- O carro A não pode se mover na direção oposta ao ventilador, pois não há força para isso. Isso exclui as alternativas C e E.
- A velocidade de A é menor que a de B. Por isso, a alternativa D também está incorreta.
Passo 4: Desenvolvimento do raciocínio
O movimento do Carro A é influenciado pelo formato da vela. Se fosse uma vela plana, o movimento seria completamente anulado. No entanto, como a vela tem uma curvatura parabólica, parte da força do vento ainda gera deslocamento. Assim, temos a relação 0 < fA < fB, ou seja, o Carro A se move para a direita, mas com velocidade menor que o Carro B.
Passo 5 – Análise das Alternativas e Resolução
a) VA = 0; VB > 0; o carro A não se move. ❌
Errada! O carro A não fica parado, pois ainda recebe uma força de reação, apesar de ser menor que a do carro B.
b) 0 < VA < VB; o carro A se move para a direita. ✅
Correta! O carro A se move para frente, mas sua velocidade é menor que a do carro B, devido à anulação parcial das forças entre ventilador e vela.
c) 0 < VA < VB; o carro A se move para a esquerda. ❌
Errada! O carro A não pode se mover para trás, pois não há força que o empurre nessa direção.
d) VA > VB; o carro A se move para a direita. ❌
Errada! O carro A tem menor velocidade que o carro B, pois há forças internas que reduzem seu movimento.
e) 0 < VB < VA; o carro A se move para a esquerda. ❌
Errada! O carro A não se move para trás e tem velocidade menor que o carro B.
Apenas a alternativa B descreve corretamente o comportamento dos carrinhos.
Passo 6 – Conclusão e Justificativa Final
A questão se baseia na Terceira Lei de Newton e no Princípio da Conservação da Quantidade de Movimento para analisar o deslocamento de dois carrinhos equipados com ventiladores e velas.
O Carro A recebe empuxo do ventilador, mas sofre anulação parcial de forças devido à interação do vento com a vela, resultando em uma velocidade menor.
Já o Carro B empurra o ar diretamente para trás, recebendo um impulso oposto eficiente, movimentando-se com velocidade maior.
Dessa forma, concluímos que o Carro A se move para frente (direita), mas com velocidade menor que o Carro B. Portanto, a alternativa correta é B. ✅
