UFRGS 2022 — questão 16 de Física

Resolução comentada

O que a questão pede: a velocidade da carga vista do avião, 5 s depois de solta.

Passo 1 — a parte horizontal. Sem resistência do ar, nada empurra a carga na horizontal: ela mantém os 80 m/s que tinha ao sair do avião. O avião também segue a 80 m/s. Por isso a carga fica sempre embaixo do avião (é o que mostra o painel direito), e a velocidade horizontal relativa é zero:

$$v_{x,\text{rel}} = 80 - 80 = 0$$

Passo 2 — a parte vertical. Na vertical a carga parte do repouso e cai em queda livre; o avião não tem velocidade vertical. Então a velocidade relativa é só a vertical da carga:

$$v_y = g\,t = 10 \times 5 = 50\ \text{m/s}$$

Conferindo que ela ainda está no ar: o tempo de queda de 300 m é

$$t_q = \sqrt{\frac{2h}{g}} = \sqrt{60} \approx 7{,}7\ \text{s}$$

Como 5 s < 7,7 s, a carga ainda não tocou o solo, e a conta vale.

⚠️ A armadilha: calcular a velocidade da carga em relação ao solo, $\sqrt{80^2 + 50^2} \approx 94$ m/s, e marcar o valor mais próximo, 90 m/s (alternativa D). Ou somar os módulos, 80 + 50 = 130 m/s (alternativa E). Para o piloto, a parte horizontal some.

A ideia em uma frase: a carga e o avião andam juntos na horizontal; para quem está no avião, a carga só cai, com velocidade gt.

Resposta: alternativa C (50 m/s).