UEM 2016 (Inverno, Conhecimentos Específicos) — questão 10 de Física

Enunciado em texto
Um bloco de madeira, de massa M, é suspenso por fios verticais, de comprimento L, com massas desprezíveis, de forma que a massa M possa oscilar como um pêndulo simples no plano xy, sendo y a direção vertical. Um projétil, de massa m, é lançado com uma velocidade na direção x, contra o bloco de massa M. Na colisão, o projétil se aloja no bloco de madeira fazendo com que o mesmo oscile subindo a uma altura h, na direção y, a partir da sua posição de equilíbrio. Sobre essa colisão inelástica unidimensional, é correto afirmar que:
(01) A quantidade de movimento linear após o choque será igual à quantidade de movimento linear antes do choque.
(02) Nesse tipo de choque, a energia cinética é conservada.
(04) Se esse choque inelástico fosse realizado num planeta X em que o módulo da aceleração gravitacional é a metade do módulo da aceleração gravitacional terrestre, a altura h obtida em X seria o dobro da altura obtida na Terra, considerando a mesma velocidade de lançamento do projétil nos dois planetas.
(08) Após o choque inelástico, o sistema composto pelas massas m e M ficará oscilando num movimento harmônico simples com frequência igual a se qualquer tipo de atrito for desconsiderado.
(16) Medindo a altura h e as massas m e M, é possível determinar, a partir dos princípios de conservação, o módulo da velocidade inicial do projétil com a relação , sendo g o módulo da aceleração da gravidade.
(Enunciado: Vestibular UEM 2016 (Inverno), Conhecimentos Específicos — UEM/CVU.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Estadual de Maringá (UEM), Comissão Central do Vestibular Unificado (CVU).
Resolução comentada
O que a questão pede: analisar o pêndulo balístico em duas etapas: a colisão (conserva quantidade de movimento) e a subida (conserva energia mecânica).
Passo 1 — colisão: é rapidíssima, e as forças externas horizontais são desprezíveis: a quantidade de movimento se conserva.
Passo 2 — subida: depois da colisão, só o peso realiza trabalho (a tração é perpendicular ao movimento):
(01) Verdadeira. Conservação da quantidade de movimento na colisão (Passo 1).
(02) Falsa. O choque é perfeitamente inelástico (o projétil se aloja): parte da energia cinética vira calor, deformação e som. Só se conserva a quantidade de movimento.
(04) Verdadeira. A velocidade V logo após o choque, , não depende de g. Então
é inversamente proporcional a g: com metade da gravidade, o dobro da altura.
(08) Verdadeira. Desprezando atritos, o conjunto oscila como pêndulo simples de comprimento L, cuja frequência é , independente da massa. (A rigor, o pêndulo só faz MHS para pequenas amplitudes; é a aproximação usual.)
(16) Verdadeira. Juntando os dois passos:
⚠️ A armadilha: usar a conservação da energia na colisão (). Ela não vale ali: a energia só se conserva depois do choque, na subida.
A ideia em uma frase: no pêndulo balístico, conserva-se a quantidade de movimento no choque e a energia mecânica na subida.
Resposta: soma 29 (01 + 04 + 08 + 16).
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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