FAMEMA 2016 — questão 36 de Física
Enunciado em texto
Um brinquedo consiste em um fole acoplado a um tubo plástico horizontal que se encaixa na traseira de um carrinho, inicialmente em repouso. Quando uma criança pisa no fole, comprimindo-o até o final, o ar expelido impulsiona o carrinho.
[Figura: três quadros, de cima para baixo. No 1º, o “fole” cheio, com um tubo horizontal saindo dele, e o carrinho parado à direita, com a indicação “v = 0”. No 2º, o tubo do fole encaixado na traseira do carrinho. No 3º, o fole comprimido, com uma seta vertical para baixo sobre ele, marcada , e o carrinho afastado para a direita, com uma seta horizontal para a direita marcada “movimento”.]
Considere que a massa do carrinho seja de 300 g, que o tempo necessário para que a criança comprima completamente o fole seja de 0,2 s e que ao final desse intervalo de tempo o carrinho adquira uma velocidade de 8 m/s. Admitindo desprezíveis todas as forças de resistência ao movimento do carrinho, o módulo da força média () aplicada pelo ar expelido pelo tubo sobre o carrinho, nesse intervalo de tempo, é igual a
(A) 10 N.
(B) 14 N.
(C) 12 N.
(D) 8 N.
(E) 16 N.
(Enunciado e figura: Vestibular FAMEMA 2016, Prova II — Famema/Vunesp.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Faculdade de Medicina de Marília (Famema) e à Fundação VUNESP.
Resolução comentada
O que a questão pede: a força média que o jato de ar faz no carrinho durante os 0,2 s em que o fole é comprimido.
Passo 1 — a ferramenta certa: o teorema do impulso. A força do ar não é constante (o jato começa, aumenta, acaba), mas a questão só quer a média. Para isso não precisamos saber como a força varia: o impulso da força resultante é igual à variação da quantidade de movimento. Como as resistências são desprezíveis, a única força horizontal no carrinho é a do ar:
Passo 2 — tudo no SI. A massa vai em quilogramas: 300 g = 0,3 kg. O carrinho parte do repouso e chega a 8 m/s, então m/s.
Passo 3 — a conta:
Conferindo pela 2ª lei de Newton: a aceleração média é 8/0,2 = 40 m/s²; e 0,3 × 40 = 12 N. É a mesma conta, escrita de outro jeito.
⚠️ A armadilha: deixar a massa em gramas: 300 × 8/0,2 = 12 000 N, um absurdo que nem está nas alternativas. Outra confusão é a seta da figura: ela está desenhada sobre o fole, mas a força pedida é a que o ar faz sobre o carrinho, na horizontal, no sentido do movimento. É essa força que muda a quantidade de movimento do carrinho.
A ideia em uma frase: força média é variação da quantidade de movimento dividida pelo tempo: F = m·Δv/Δt, com a massa em kg.
Resposta: alternativa C (12 N).
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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