FMJ 2017 — questão 38 de Física
Enunciado em texto
O bate-bate é um brinquedo composto por duas esferas de material rígido presas a dois fios e a um anel. O objetivo do brinquedo consiste em fazer as esferas girarem em sentidos opostos e se chocarem continuamente em cima e embaixo.
[Figura: uma mão segura um pequeno anel azul; dele pendem dois fios, cada um com uma esfera vermelha na ponta. As duas esferas estão embaixo, afastadas uma da outra, cada fio inclinado para um lado.]
Suponha que as esferas tenham a mesma massa e que suas velocidades escalares sejam iguais antes e depois de cada choque. Durante os choques, no sistema constituído pelas duas esferas, ocorre
(A) perda de energia cinética e conservação da quantidade de movimento.
(B) conservação da energia cinética e perda da quantidade de movimento.
(C) perda de energia cinética e ganho de quantidade de movimento.
(D) conservação de energia cinética e conservação da quantidade de movimento.
(E) ganho de energia cinética e perda da quantidade de movimento.
(Enunciado e figura: Vestibular FMJ 2017, Medicina, Prova de Conhecimentos Gerais — FMJ/Vunesp.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Faculdade de Medicina de Jundiaí (FMJ) e à Fundação VUNESP.
Resolução comentada
O que a questão pede: o que acontece com a energia cinética e com a quantidade de movimento do par de esferas em cada choque.
Passo 1 — a quantidade de movimento. No choque, as esferas vêm uma contra a outra, com mesma massa m e mesma velocidade escalar v, em sentidos opostos. Antes do choque:
Depois do choque, cada uma volta com a mesma velocidade escalar v, de novo em sentidos opostos:
A quantidade de movimento do sistema se conserva (era zero e continua zero). É o que se espera: durante o choque, que é muito rápido, as forças entre as esferas são internas e muito maiores que as externas.
Passo 2 — a energia cinética. Antes e depois, cada esfera tem velocidade escalar v, então a energia cinética total é a mesma:
antes e depois. A energia cinética também se conserva: o choque é perfeitamente elástico, o que combina com esferas de material rígido.
⚠️ A armadilha: a alternativa A, pela ideia de que “todo choque perde energia”. Na prática, choques reais perdem um pouco, mas a questão manda supor velocidades escalares iguais antes e depois, e então não há perda nenhuma.
A ideia em uma frase: se as velocidades escalares não mudam no choque, a energia cinética se conserva; e num choque a quantidade de movimento do sistema sempre se conserva.
Resposta: alternativa D.
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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