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 (Leis de Newton: Ação e Reação)
Mecânica (Quantidade de Movimento e Impulso)
Tema/Objetivo Geral:
Analisar sistemas de propulsão a reação e a diferença entre forças internas (que se anulam) e a interação com o meio externo para gerar movimento.
Nível da Questão: Médio.
- A questão parece simples, mas envolve uma pegadinha física clássica. O senso comum diz que o Carro A não deveria se mover (como nos desenhos animados), mas o formato parabólico da vela muda a física do problema, exigindo uma análise vetorial da troca de momentum do ar.
Gabarito: Alternativa B.
- O carro B funciona como um propulsor ideal. O carro A também se move para a direita (devido à reflexão do ar na vela parabólica), mas com menor eficiência que o B.
PASSO 1 – O QUE A QUESTÃO QUER? (O MAPA DA MINA)
A questão apresenta dois carrinhos movidos a ventoinhas.
Carro B: O ventilador joga o ar para trás.
Carro A: O ventilador joga o ar para frente, contra uma vela em formato de concha (parabólica).
O objetivo é comparar a velocidade e o sentido do movimento desses dois carrinhos.
Simplificando radicalmente: Imagine que você está em uma cadeira de escritório com rodinhas segurando uma mangueira de incêndio potente.
Situação B: Você aponta a mangueira para trás. A água sai para trás, você vai para frente. (Foguete).
Situação A: Você aponta a mangueira para frente, mas segura um escudo curvo na frente do jato para a água bater e voltar na sua cara. Você vai para onde?
Nosso Plano de Ataque será o seguinte:
- Entender o princípio da propulsão (Ação e Reação) no Carro B.
- Analisar o fluxo de ar no Carro A e o papel crucial da curvatura parabólica.
- Comparar a eficiência dos dois sistemas para definir quem corre mais.
PASSO 2 – DESVENDANDO AS FERRAMENTAS (A CAIXA DE FERRAMENTAS)
Para resolver isso, precisamos dominar a Terceira Lei de Newton e a Conservação da Quantidade de Movimento. Vamos usar um Dossiê Técnico de Propulsão.
DOSSIÊ: COMO AS COISAS SE MOVEM NO AR
Ficha 01: O Princípio do Foguete (Ação e Reação)
Para um objeto ir para a DIREITA, ele precisa jogar alguma massa para a ESQUERDA.
É a lei da conservação. O empurrão que você dá no ar para trás é o empurrão que o ar dá em você para frente.
Força de Empuxo (F) depende da velocidade e da massa do ar expelido.
Ficha 02: O Mito do Soprar a Própria Vela (Forças Internas)
Se você está no barco e sopra a vela:
- Você empurra o ar para frente (Reação: você vai para trás).
- O ar bate na vela e a empurra para frente.
Se a vela for plana: O ar bate e para. A força para frente na vela cancela a força para trás no ventilador. Resultado: O barco não sai do lugar. Forças internas somam zero.
Ficha 03: A Exceção da Vela Parabólica (O Retorno do Ar)
Aqui está o segredo da questão. A vela não é plana, ela é uma concha parabólica.
O que acontece: O ar bate na vela e faz a curva, voltando para trás (como uma colher debaixo da torneira que joga água para todos os lados, inclusive para trás).
Análise de Impulso:
O ventilador joga ar para a direita (Recuo do carro para a esquerda: Força -F).
A vela inverte o ar, jogando-o para a esquerda. Para fazer o ar dar meia volta, a vela precisa fazer uma força gigantesca no ar. Pela 3ª Lei, o ar faz uma força gigantesca na vela para a DIREITA (Força +2F em um caso ideal elástico).
Saldo Final: -F (ventilador) + 2F (vela) = +F (Para a direita).
Conclusão: O sistema acaba jogando ar para a esquerda (após bater na vela), logo o carro vai para a direita.
PASSO 3 – INTERPRETAÇÃO GUIADA (MÃO NA MASSA)
Vamos aplicar o dossiê aos carros A e B.
Análise do Carro B (O Simples):
A ventoinha pega o ar e o joga diretamente para a ESQUERDA.
Pela reação, o carro recebe uma força para a DIREITA.
Não há obstáculos. O jato é livre. Eficiência máxima.
Velocidade VB será alta.
Análise do Carro A (O Complexo):
A ventoinha joga o ar para a DIREITA. (Isso empurra o carro para a esquerda).
O ar viaja, perde um pouco de energia (turbulência) e bate na vela parabólica.
A vela obriga o ar a fazer uma curva de 180 graus e sair para a ESQUERDA.
Como o resultado final é Ar saindo para a Esquerda, o carro deve ir para a DIREITA.
Mas atenção: Esse processo é cheio de perdas. O ar bate na vela, gera turbulência, parte do ar bate de volta no ventilador, parte escapa pelos lados. É um sistema sujo.
Comparação: O Carro B é um jato direto. O Carro A é um jato que bate numa parede e volta. O Carro B aproveita 100% do fluxo. O Carro A aproveita o fluxo menos as perdas aerodinâmicas do choque com a vela.
Conclusão: O Carro A anda para a direita, mas corre menos que o B.
Síntese do Raciocínio:
Carro B: Joga ar para trás -> Anda para frente rápido.
Carro A: Tenta jogar ar para trás usando uma tabela (vela curva) -> Anda para frente, mas devagar.
🚨 ARMADILHA CLÁSSICA! 🚨
CUIDADO! A intuição de desenho animado diz que o Carro A não se move (VA = 0). Isso seria verdade se a vela fosse plana e absorvesse o impacto perfeitamente. O enunciado enfatizou curvatura parabólica justamente para dizer que o ar é refletido. Se o ar volta, existe variação de quantidade de movimento, logo existe força resultante. Não marque zero!
A Bússola (O Perfil do Culpado):
Síntese: Ambos vão para a direita. O B é mais eficiente que o A.
Expectativa: 0 < VA < VB e sentido de A para a direita.
PASSO 4 – ALTERNATIVAS COMENTADAS (A AUTÓPSIA)
Vamos analisar as opções uma a uma, rigorosamente na ordem alfabética.
(A) VA = 0; VB > 0; o carro A não se move.
Diagnóstico do Erro: O Mito do Desenho Animado.
Esta alternativa assume que as forças se anulam perfeitamente (o que ocorre em velas planas). A curvatura parabólica inverte o fluxo de ar, criando uma força resultante líquida para a direita.
Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.
(B) 0 < VA < VB; o carro A se move para a direita.
Análise de Correspondência:
Perfeita.
VA > 0: O carro A se move (devido à reflexão do ar).
VA < VB: O carro A é menos eficiente (tem perdas no choque do ar com a vela) do que o carro B (propulsão direta).
Direção: Direita (pois o fluxo final de ar é jogado para a esquerda pela vela).
Conclusão: ✔️ Alternativa correta.
(C) 0 < VA < VB; o carro A se move para a esquerda.
Diagnóstico do Erro: Erro de Vetores.
Para o carro A ir para a esquerda, o fluxo final de ar teria que ir para a direita. Mas a vela reflete o ar para a esquerda (para trás do carro). Ação e reação mandam o carro para a direita.
Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.
(D) 0 < VB < VA; o carro A se move para a direita.
Diagnóstico do Erro: Erro de Eficiência.
Sugerir que VA > VB é dizer que é melhor soprar na vela do que soprar direto para trás. Isso viola a termodinâmica e a mecânica dos fluidos. O choque do ar com a vela dissipa energia, tornando o sistema A menos eficiente.
Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.
(E) 0 < VB < VA; o carro A se move para a esquerda.
Diagnóstico do Erro: Combo de Erros.
Erra na direção (o carro A vai para a direita) e na magnitude da velocidade (A é mais lento que B).
Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.
PASSO 5 – O GRAND FINALE (APRENDIZAGEM EXPANDIDA)
A resposta é B porque a geometria parabólica da vela permite que o ar seja redirecionado para trás, gerando empuxo, mas as perdas aerodinâmicas tornam esse método menos eficiente que a propulsão direta.
Resumo-flash (A Imagem Mental):
Carro B é um foguete livre. Carro A é um foguete soprando numa colher gigante: funciona, mas é uma gambiarra.
Para ir Além (A Ponte para o Futuro):
Esse princípio é usado nos Reversores de Empuxo dos aviões. Quando o avião pousa, ele não pode rodar a turbina ao contrário. O que ele faz? Ele abre conchas (velas parabólicas) atrás da turbina que desviam o jato de ar (que ia para trás) para frente.
Ao jogar o ar para frente, o avião é empurrado para trás, freando na pista. O Carro A é basicamente um avião com o reverso ligado!
