FAMECA 2014 — questão 38 de Física

Enunciado em texto
Em um experimento de laboratório, uma mola de massa desprezível inicialmente comprimida é liberada e, ao distender-se, empurra um carrinho, ao qual está presa, e uma caixa apoiada sobre ele. Antes da distensão da mola, o conjunto estava em repouso. Quando a caixa perde o contato com a mola, sua velocidade tem módulo v em relação ao solo.
[Figura: ANTES — a caixa sobre o carrinho, encostada na mola comprimida, tudo em repouso. DEPOIS — a caixa se afasta para a esquerda (“movimento da caixa”, seta para a esquerda) e o carrinho, com a mola distendida, para a direita (“movimento do carro”, seta para a direita).]
Desprezando-se todos os atritos e sabendo que a massa do carrinho sem a caixa é 5 vezes maior do que a massa da caixa, o módulo da velocidade adquirida pelo carrinho, em relação ao solo, no instante em que a mola para de empurrar a caixa é
(A)
(B)
(C)
(D)
(E)
(Enunciado e figura: Vestibular FAMECA 2014, Conhecimentos Gerais — FAMECA/Vunesp.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Faculdade de Medicina de Catanduva (FAMECA/UNIFIPA) e à Fundação VUNESP.
Resolução comentada
O que a questão pede: a velocidade do carrinho quando a caixa sai com velocidade v.
Passo 1 — o sistema é isolado na horizontal. A força da mola é interna (empurra a caixa de um lado e o carrinho do outro). Sem atrito, não há força externa horizontal, e a quantidade de movimento total se conserva. No início ela é zero, pois tudo está parado.
Passo 2 — a conta. Chame de m a massa da caixa; o carrinho tem 5m. Depois, as duas quantidades de movimento têm o mesmo módulo e sentidos opostos:
Conferindo: o carrinho é 5 vezes mais pesado, então sai 5 vezes mais devagar. Faz sentido.
⚠️ A armadilha: achar que o carrinho, por estar preso à mola, sai mais rápido que a caixa, ou somar a massa da caixa à do carrinho (6m). O enunciado diz que a massa 5m já é a do carrinho sem a caixa, e a caixa se separa dele.
A ideia em uma frase: partindo do repouso, as duas partes saem com quantidades de movimento iguais e opostas: quem tem mais massa sai mais devagar.
Resposta: alternativa C ().
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.
Prefere navegar prova por prova? Abra esta questão no Filatte Resolve.