UNIFESP 2022 — questão 11 de Física

Enunciado em texto
Nas duas extremidades da pista de pouso e decolagem de alguns aeroportos há áreas de escape, cujo objetivo é reter os aviões caso eles não consigam parar até o final da pista. A superfície dessas áreas de escape é composta por um material que se deforma devido ao peso da aeronave, de modo a dificultar o seu deslocamento. A figura mostra um avião que adentrou em uma dessas áreas de escape.
(Figura: fotografia de um avião a jato parado numa área de escape, com o trem de pouso afundado no piso deformável, que aparece rachado e revolvido em volta das rodas.)
(www.airport-business.com)
Considere que esse avião chegou à área de escape com velocidade de 54 km/h, percorrendo uma trajetória retilínea, com aceleração média de em sentido contrário ao da velocidade, e que parou após um intervalo de tempo igual a 3,0 s.
a) Converta a velocidade inicial do avião para m/s e determine a distância, em metros, que ele percorreu na área de escape.
b) Suponha que a massa desse avião seja kg e que apenas as forças de resistência atuem sobre ele durante a frenagem. Calcule, em newtons, a intensidade média da resultante das forças de resistência que atuaram sobre o avião durante a sua frenagem na área de escape. Determine a intensidade média do impulso, em N · s, aplicado por essa resultante sobre o avião.
(Enunciado e figura: Vestibular Unifesp 2022, Conhecimentos Específicos — Unifesp/Vunesp.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Federal de São Paulo (Unifesp) e à Fundação VUNESP.
Resolução comentada
O que a questão pede: a velocidade de entrada em m/s e a distância de frenagem (a); a força média que freou o avião e o impulso dessa força (b).
Item (a) — conversão: para passar de km/h para m/s, divide-se por 3,6 (1 km = 1 000 m e 1 h = 3 600 s):
Item (a) — distância. A aceleração é constante e contrária à velocidade, então vale a função horária do MUV com m/s²:
Conferindo: com Torricelli, sem usar o tempo: , ou seja, m. E a velocidade de fato zera em 3,0 s: . Outro jeito: a área do gráfico v × t, um triângulo de base 3 s e altura 15 m/s, dá m.
Item (b) — força resultante. Só as forças de resistência agem na direção do movimento, então a resultante delas é a força que produz a desaceleração (2ª lei de Newton):
Item (b) — impulso. Impulso de uma força média é força vezes intervalo de tempo:
Conferindo pelo teorema do impulso: o impulso da resultante é a variação da quantidade de movimento. O avião vai de 15 m/s a zero:
⚠️ A armadilha: usar 54 na conta, sem converter. Aí a distância vira m, e a velocidade nem zeraria em 3 s (), o que contradiz o enunciado. Outra: na função horária, esquecer o sinal negativo da aceleração e somar 45 + 22,5 = 67,5 m.
A ideia em uma frase: km/h ÷ 3,6 dá m/s; a força que freia é m·a, e o impulso dela é F·Δt, igual à quantidade de movimento que o avião perdeu.
Resposta: (a) m/s; distância de 22,5 m; (b) N; N·s.
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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