UEL 2018 — questão 25 de Física

Enunciado em texto
Segundo o documento “Mapa da Violência 2016: Homicídios por armas de fogo no Brasil”, morre-se mais por armas de fogo no Brasil do que em conflitos como no Iraque e no Afeganistão. Além disso, somos o décimo país em mortes por arma de fogo no mundo. Uma das variáveis que torna a arma de fogo tão letal é a velocidade de saída do projétil do armamento. Para calcular essa velocidade, um dos dispositivos possíveis é o pêndulo balístico. Quando um projétil de massa m é disparado com velocidade e atinge o pêndulo de massa M, este é elevado a uma altura máxima h e para, momentaneamente, conforme ilustra a figura a seguir.
[Figura: um bloco de massa M pendurado por dois fios verticais presos a uma barra horizontal no alto. À esquerda, um projétil de massa m se move horizontalmente em direção ao bloco, com velocidade . Em linhas tracejadas, o bloco aparece na posição mais alta, deslocado para a direita, com o projétil alojado dentro dele, a uma altura h acima da posição inicial.]
A partir desta altura h, é possível calcular a velocidade do projétil.
Considerando nula a resistência do ar, assinale a alternativa que expressa, corretamente, a altura máxima h alcançada pelo pêndulo, em função da velocidade do projétil.
a)
b)
c)
d)
e)
(Enunciado e figura: Vestibular UEL 2018, 1ª fase — COPS/UEL.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Estadual de Londrina (UEL) e à sua Coordenadoria de Processos Seletivos (COPS/UEL).
Resolução comentada
O que a questão pede: a altura máxima h do conjunto bloco + projétil, em função de .
O segredo: o problema tem duas etapas, e cada uma conserva uma coisa diferente.
Passo 1 — a colisão: conserva a quantidade de movimento. O choque é rapidíssimo e as forças entre projétil e bloco são internas; na horizontal, nada de fora atrapalha. O projétil fica alojado no bloco (colisão perfeitamente inelástica), e os dois saem juntos com velocidade :
Aqui a energia cinética não se conserva: boa parte vira calor e deformação.
Passo 2 — a subida: conserva a energia mecânica. Depois do choque, só o peso realiza trabalho (a tração é perpendicular ao movimento, e o ar foi desprezado). A energia cinética do conjunto vira energia potencial:
Passo 3 — juntando:
que é a expressão da alternativa A.
Conferindo pelas unidades: h tem de dar em metros. Na (A), . Na (B), ; na (D) sobra um quilograma; na (C) e na (E) a unidade também não é metro. Só a (A) pode ser uma altura.
⚠️ A armadilha: conservar a energia já na colisão, igualando a . Isso ignora a energia perdida no choque e dá , que é maior que o certo e nem está entre as alternativas.
A ideia em uma frase: no pêndulo balístico, a colisão conserva a quantidade de movimento e a subida conserva a energia — cada lei na sua etapa.
Resposta: alternativa A.
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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