O pêndulo de Newton pode ser constituído por cinco pêndulos idênticos suspensos em um mesmo suporte. Em um dado instante, as esferas de três pêndulos são deslocadas para a esquerda e liberadas, deslocando-se para a direita e colidindo elasticamente com as outras duas esferas, que inicialmente estavam paradas.
O movimento dos pêndulos após a primeira colisão está representado em:
Esta questão avalia a compreensão das leis de conservação em colisões elásticas aplicadas ao pêndulo de Newton.
Na colisão elástica, duas grandezas são simultaneamente conservadas: o momento linear (quantidade de movimento) e a energia cinética. O pêndulo de Newton obedece a uma regra fundamental: o número de esferas que sai do outro lado é igual ao número de esferas que entra em colisão.
No problema, três esferas se deslocam para a direita com velocidade v e colidem com duas esferas em repouso. Pela regra do pêndulo, três esferas devem emergir do lado direito. Como há apenas duas esferas estacionárias à direita, a terceira que emerge é a esfera da ponta do grupo incidente (que continua seu movimento), enquanto as duas esferas do início do grupo ficam em repouso no centro.
Verificação pelas leis de conservação:
O resultado correto mostra, portanto, duas esferas em repouso no centro e três esferas deslocadas para a direita, o que é a única configuração compatível com ambas as leis de conservação simultaneamente. As demais alternativas violam a conservação do momento linear ou da energia cinética: por exemplo, duas esferas saindo para cada lado resultaria em momento linear nulo, incompatível com o momento inicial não nulo de 3mv.
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