EEAR 2022 (CFS 2) — questão 91 de Física

Gabarito CCinemática — queda livre, colisão elástica num plano inclinado e lançamento horizontalExame de Admissão ao CFS 2/2022 · Física
Enunciado — imagem da prova
Enunciado da questão 91 de Física do EEAR 2022 (CFS 2)

Enunciado em texto

Um objeto de dimensões desprezíveis é abandonado da posição A e percorre em queda livre uma altura “h” até colidir elasticamente (coeficiente de restituição igual a 1) em um plano inclinado com uma velocidade de módulo igual a “v”. Esse plano inclinado faz com a horizontal um ângulo igual a 45°. Após a colisão, o objeto leva um intervalo de tempo “t” até atingir o ponto B, seguindo uma trajetória parabólica. O comprimento “x”, representado na figura, é igual a ________ .

OBS: durante o movimento de A a B despreze a resistência do ar e considere que o objeto está sujeito apenas à gravidade de módulo igual a “g”.

[Figura: um plano inclinado em forma de triângulo retângulo, com o lado vertical à esquerda, a base “horizontal” embaixo e a rampa descendo da esquerda para a direita até o ponto B, onde forma 45° com a horizontal. O objeto cai de A, verticalmente, uma altura h até tocar a rampa perto do topo. Depois da colisão, sai na horizontal, para a direita, e descreve uma parábola (tracejada) até B, mais abaixo na rampa. A cota x é medida paralelamente à rampa, do ponto de colisão até B.]

a) gt22\dfrac{gt^2}{2}

b) vtvt

c) 4h24h\sqrt{2}

d) h2h\sqrt{2}

(Enunciado e figura: Exame de Admissão ao CFS 2/2022 — EEAR.)

Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Escola de Especialistas de Aeronáutica (EEAR), do Comando da Aeronáutica.

Resolução comentada

O que a questão pede: a distância, medida ao longo da rampa, entre o ponto da colisão e o ponto B.

Passo 1 — velocidade ao chegar à rampa (queda livre de altura h):

v2=2ghv^2 = 2gh

Passo 2 — a colisão elástica. Num choque elástico com uma superfície lisa, a componente da velocidade perpendicular à rampa se inverte e a paralela se mantém: o objeto “reflete” como a luz num espelho, com o mesmo módulo v. Ele chega na vertical, a 45° da normal da rampa, e sai a 45° do outro lado: desviou 90°, sai na horizontal.

Passo 3 — o lançamento horizontal até a rampa. Na rampa de 45°, a queda vertical é igual ao avanço horizontal:

g t22=v t  ⇒  t=2vg\frac{g\,t^2}{2} = v\,t \;\Rightarrow\; t = \frac{2v}{g}

avanc¸o=v t=2v2g=2⋅2ghg=4h\text{avanço} = v\,t = \frac{2v^2}{g} = \frac{2 \cdot 2gh}{g} = 4h

Passo 4 — ao longo da rampa. O avanço horizontal é o cateto de um triângulo de 45°; x é a hipotenusa:

x=4h⋅2=4h2x = 4h \cdot \sqrt{2} = 4h\sqrt{2}

⚠️ A armadilha: as alternativas A e B. vtvt é o avanço horizontal e gt2/2gt^2/2 é a queda vertical; os dois valem 4h, mas são os catetos. A cota x, paralela à rampa, é a hipotenusa.

A ideia em uma frase: a colisão elástica numa rampa de 45° transforma a queda vertical em lançamento horizontal; na rampa, a queda é igual ao avanço, e x é a diagonal.

Resposta: alternativa C (4h24h\sqrt{2}).

Vídeo em breve

A resolução em vídeo desta questão ainda não foi gravada. A explicação escrita acima está completa, passo a passo. Novos vídeos saem no canal do Professor Filatte.

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