PUC-RS 2022 — questão 31 de Física
Enunciado em texto
Duas partículas idênticas A e B encontram-se em repouso nos pontos 1 e 2 da figura a seguir. A partícula A parte do repouso pela superfície sem atrito da pista e colide com a partícula B. Após a colisão, ambas partem unidas e atingem a altura máxima no ponto 3. Considere desprezível a resistência do ar nessa situação.
[Figura: uma pista em forma de vale. A partícula A está no alto, à esquerda, no ponto 1; a partícula B está no fundo do vale, no ponto 2; à direita, a pista sobe até o ponto 3, onde aparecem A e B juntas. O ponto 3 está mais baixo que o ponto 1 (as alturas são indicadas por setas a partir da linha tracejada do fundo).]
Com base nas informações apresentadas, considere as seguintes afirmativas:
I. Não há perda de energia pela partícula A antes de colidir com a B.
II. A quantidade de movimento do sistema, logo após a colisão, é conservada.
III. Há conservação de energia mecânica após a colisão até as partículas atingirem a altura máxima.
Está/Estão correta(s) a(s) afirmativa(s)
(A) I, apenas.
(B) I e II, apenas.
(C) II e III, apenas.
(D) I, II e III.
(Enunciado e figura: Concurso Vestibular PUC-RS 2022 (Verão) — PUCRS.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUCRS).
Resolução comentada
O que a questão pede: o que se conserva em cada etapa: a descida de A, a colisão e a subida do conjunto.
Passo 1 — a descida (afirmativa I). A pista não tem atrito e a resistência do ar é desprezível. As únicas forças são o peso (conservativo) e a normal (que não realiza trabalho). A energia mecânica de A se conserva até o choque. Correta.
Passo 2 — a colisão (afirmativa II). No instante do choque, as forças entre A e B são internas, muito mais intensas que qualquer força externa horizontal (e no fundo do vale a pista é horizontal). A quantidade de movimento do sistema imediatamente depois é igual à de imediatamente antes:
Correta.
Passo 3 — a afirmativa III, como a banca a leu. O choque é perfeitamente inelástico (as partículas saem unidas), e nele a energia mecânica não se conserva. Logo depois da colisão, a energia cinética do conjunto é:
Metade da energia cinética que A tinha vira calor e deformação no choque; por isso o conjunto sobe só até o ponto 3, mais baixo que o 1 (a rigor, a um quarto da altura inicial; a figura não está em escala). A banca considerou a III incorreta: a energia mecânica que o sistema leva até a altura máxima não é a que ele tinha antes, porque parte se perdeu na colisão.
Atenção: lida ao pé da letra, a III fala só do trecho depois da colisão, a subida do conjunto já unido. Nesse trecho a pista é sem atrito, o ar é desprezível e só o peso realiza trabalho: a energia mecânica do conjunto se conserva do fundo do vale até o ponto 3, e por esse critério as três afirmativas estariam corretas (alternativa D). O gabarito oficial da PUCRS é a B, que trata a III como falsa por causa da energia perdida no choque. A perda existe, mas acontece toda no instante da colisão; antes e depois dela, a energia mecânica se conserva.
⚠️ A armadilha: achar que a quantidade de movimento não se conserva só porque a energia cinética diminuiu. No choque perfeitamente inelástico perde-se energia cinética, mas a quantidade de movimento do sistema se conserva.
A ideia em uma frase: na colisão inelástica conserva-se a quantidade de movimento, mas não a energia mecânica; é essa perda que deixa o ponto 3 abaixo do ponto 1.
Resposta: alternativa B (I e II, apenas; veja o aviso acima sobre a III).
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.