Explique, com base na 3ª Lei de Newton e na conservação do momento, como a ejeção de massa produz impulso em…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Elaborar explicações, previsões e cálculos a respeito dos movimentos de objetos na Terra, no Sistema Solar e no Universo com base na análise das interações gravitacionais, com ou sem o uso de dispositivos e aplicativos digitais (como softwares de simulação e de realidade virtual, entre outros).
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Explique, com base na 3ª Lei de Newton e na conservação do momento, como a ejeção de massa produz impulso em uma espaçonave. Em seguida calcule o empuxo (força) e a aceleração instantânea para uma espaçonave de massa 2,00×10^3 kg que expele propelente com ? = 2,0 kg/s e velocidade de exaustão v_e = 3,0×10^3 m/s relativa à nave. Use F = ?·v_e e F = m·a (unidades SI).
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
Pela 3ª Lei, a massa expelida recebe momento oposto ao da nave; pela conservação do momento isso gera impulso na direção contrária ao jato. O empuxo instantâneo é F = ?·v_e = 2,0 kg/s · 3,0×10^3 m/s = 6,0×10^3 N. A aceleração instantânea é a = F/m = 6,0×10^3 N / 2,00×10^3 kg = 3,0 m/s², direção oposta à exaustão. Observação: à medida que a massa da nave varia, a aceleração muda; o cálculo acima é instantâneo para m = 2,00×10^3 kg.
Explicação
A explicação se baseia na relação entre a ejeção de massa e a força resultante que atua na espaçonave, conforme a 3ª Lei de Newton, que afirma que para toda ação há uma reação igual e oposta. O cálculo do empuxo utiliza a taxa de massa e a velocidade de exaustão para determinar a força que impulsiona a nave, enquanto a aceleração é obtida pela divisão dessa força pela massa da espaçonave. Assim, a análise considera tanto a dinâmica do sistema quanto as leis físicas que regem o movimento.
Raio-X da questão
3ª Lei de Newton e empuxo
avaliacao
3ª Lei de Newton · conservação do momento
Revisar a 3ª Lei de Newton e as fórmulas de empuxo e aceleração.
O aluno pode confundir a relação entre a ejeção de massa e a força resultante, não aplicando corretamente a 3ª Lei de Newton.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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