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?
Esta questão avalia os conceitos de impulso (variação da quantidade de movimento) e dissipação de energia mecânica em colisões.
O enunciado afirma que a duração da colisão (Δt) é igual nas duas situações. Pelo teorema impulso-quantidade de movimento, a força média é dada por:
F_{med} = \frac{\Delta p}{\Delta t} = \frac{m \cdot \Delta v}{\Delta t}
Na barreira de pneus, o carro entra com velocidade v e retorna com velocidade v' (no sentido oposto), portanto a variação de quantidade de movimento é m(v + v'). Na barreira de blocos, o carro para completamente, e a variação é apenas mv. Como m(v + v') > mv, e o tempo de colisão é igual, a força média é maior na barreira de pneus.
Quanto à energia dissipada: na barreira de pneus, o carro retorna com energia cinética \frac{1}{2}mv'^2, então a energia dissipada é \frac{1}{2}mv^2 - \frac{1}{2}mv'^2. Na barreira de blocos, o carro para completamente e toda a energia cinética inicial \frac{1}{2}mv^2 é dissipada. Portanto, a energia mecânica dissipada é maior na barreira de blocos.
A alternativa correta combina exatamente essas duas conclusões: maior força na barreira de pneus (por causa do ricochete que aumenta a variação de momento) e maior dissipação na barreira de blocos (por ser uma colisão perfeitamente inelástica).
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