ENEM 2018 — questão 131 de Física
Enunciado em texto
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.
[Figuras: Carro A com a ventoinha soprando contra a vela (à direita dela). Carro B com a ventoinha invertida, soprando para fora, e a vela mantida.]
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 (V_A) e B (V_B) 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) V_A = 0; V_B > 0; o carro A não se move.
b) 0 < V_A < V_B; o carro A se move para a direita.
c) 0 < V_A < V_B; o carro A se move para a esquerda.
d) 0 < V_B < V_A; o carro A se move para a direita.
e) 0 < V_B < V_A; o carro A se move para a esquerda.
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem ao ENEM.
Resolução comentada
A pergunta do desenho animado é legítima: soprar na própria vela empurra o barco? A resposta da Física é: sim, mas mal.
O carro B primeiro, porque é o caso simples. A ventoinha está virada para fora e joga ar para a esquerda. Pela Terceira Lei de Newton, o ar empurra o carro para a direita. É propulsão a jato pura, e nada atrapalha:
Agora o carro A, que é a questão de verdade. A ventoinha sopra contra a própria vela. Duas forças internas aparecem:
• a ventoinha empurra o ar para a direita ⇒ o ar empurra a ventoinha (e o carro) para a esquerda;
• o ar bate na vela e a empurra para a direita.
Se a vela fosse plana e capturasse todo o ar, as duas forças se cancelariam e o carro não sairia do lugar — que é o argumento clássico contra o desenho animado, e é o que a alternativa A afirma.
Mas o enunciado tomou o cuidado de dizer que a cartolina tem "curvatura parabólica". Uma vela côncava não apenas para o ar: ela o devolve para trás. O ar sai da vela com velocidade para a esquerda, ou seja, sofreu uma variação de quantidade de movimento maior do que se apenas parasse. Por reação, a vela recebe um empurrão para a direita maior que o recuo da ventoinha.
Por que . No carro A parte do impulso é gasta cancelando o recuo da própria ventoinha; sobra só a diferença. No carro B todo o impulso do ar vira movimento. Logo:
Por que a alternativa A é tão tentadora — e por que está errada. "Força interna não move o sistema" é verdade se o sistema for fechado. Aqui ele não é: o ar sai do sistema levando quantidade de movimento para a esquerda. É a mesma razão pela qual um foguete funciona no vácuo — a massa expelida é o que empurra.
A ideia em uma frase: a vela curva devolve o ar para trás, então o carro anda — só que menos do que se a ventoinha soprasse livremente para fora.
Resposta: alternativa B.
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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