OBF 2024 (1ª fase, Nível I) — questão 20 de Física

Enunciado em texto

A borracha é um material que armazena energia potencial elástica quando deformada de forma análoga a uma mola. Considere uma pequena bola de borracha que é abandonada do repouso sobre um piso rígido. A figura representa a bola durante a colisão com o piso. A colisão (quique da bola), apesar de rápida, não é instantânea, dura um intervalo de tempo $\tau$ da ordem de milissegundos. Na figura, $t_i$ é o instante no qual a bola toca o piso com velocidade $\vec{V}_i$ para baixo. De $t_i \le t \le t_i + \tau/2$ a bola se comprime contra o solo. Em aproximadamente $t_i + \tau/2$ a deformação da bola é máxima e a velocidade de seu centro de massa é nula. No intervalo $t_i + \tau/2 < t < t_f$, a bola se estende. Em $t_f$ ela volta à sua forma original e a velocidade de seu centro de massa passa a ser $\vec{V}_f$ para cima.

[Figura: três desenhos da bola verde sobre um piso cinza, com uma linha tracejada horizontal na altura do centro da bola redonda. Em $t_i$: bola redonda tocando o piso, com a seta $\vec{V}_i$ para baixo saindo do centro. Em $t_i + \tau/2$: bola achatada contra o piso, com a base plana e mais larga, o centro abaixo da linha tracejada e a indicação $\vec{V} = 0$. Em $t_f$: bola redonda de novo, tocando o piso, com a seta $\vec{V}_f$ para cima saindo do centro.]

Considerando que a rapidez depois da colisão é ligeiramente menor que antes, ou seja, $|\vec{V}_f| = 0{,}95|\vec{V}_i|$, analise as seguintes afirmativas:

1. No intervalo $t_i < t < t_i + \tau/2$ há predominantemente conversão de energia cinética em energia potencial elástica.

2. O piso rígido acumula a energia necessária para lançar a bola novamente para cima.

3. O sistema não é conservativo. A cada colisão da bola com piso parte da energia mecânica é transformada em energia térmica.

As afirmativas verdadeiras são:

(a) apenas 1;

(b) apenas 2;

(c) apenas 3;

(d) apenas 1 e 2;

(e) apenas 1 e 3;

(Enunciado e figura: Olimpíada Brasileira de Física 2024, 1ª fase, Nível I — SBF.)

Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Sociedade Brasileira de Física (SBF), Olimpíada Brasileira de Física.