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Uma bola de massa m = 0,20 kg move-se na direção positiva x com v0 = +20 m/s e rebate em uma parede com…

Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva

Habilidade BNCC EM13CNT204

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

Uma bola de massa m = 0,20 kg move-se na direção positiva x com v0 = +20 m/s e rebate em uma parede com velocidade v = -15 m/s. O tempo de contato com a parede é ?t = 5,0 ms. Calcule a força média exercida pela parede na bola (módulo e sentido).

A) Força média ˜ 1,0×10³ N, para a direita.
B) Força média ˜ -1,0×10³ N, para a esquerda.
C) Força média ˜ 5,0×10² N, sem direção.
D) Força média ˜ 2,0×10² N, para a direita.
E) Força média ˜ 1,4×10³ N, dirigida no sentido negativo (oposta ao movimento inicial).

✅ Resposta correta: alternativa E

Resolução passo a passo

Use o teorema do impulso, que relaciona a força média com a variação da quantidade de movimento: F_média × Δt = m × (v - v0). Passo 2: Adote o sentido positivo como o do eixo x (direção do movimento inicial). Assim, v0 = +20 m/s e v = -15 m/s. Passo 3: Calcule a variação da quantidade de movimento: Δp = 0,20 × (-15 - 20) = 0,20 × (-35) = -7,0 kg·m/s. Passo 4: Divida pelo tempo de contato, Δt = 5,0 ms = 5,0×10^-3 s: F_média = -7,0 / 5,0×10^-3 = -1,4×10^3 N. Passo 5: O módulo é 1,4×10^3 N e o sinal negativo indica sentido oposto ao eixo x positivo, ou seja, para a esquerda, contrário ao movimento inicial. Passo 6: Portanto, a alternativa E está correta e coincide com o gabarito oficial. A alternativa A está errada porque tem módulo incorreto e sentido errado para a força. A alternativa B está errada porque o módulo 1,0×10^3 N não corresponde ao cálculo. A alternativa C está errada porque força é grandeza vetorial e sempre tem direção e sentido definidos aqui. A alternativa D está errada porque usa um valor de módulo diferente e o sentido para a direita, incompatível com a mudança de sentido da bola.

💡 Dica: Calcule a variação da quantidade de movimento e divida pelo tempo de contato.

Alternativa por alternativa

A Erradaerro: Senso comuma que mais engana

O aluno acredita que a parede empurra a bola no mesmo sentido do movimento inicial, para a direita, como se a bola continuasse sendo empurrada para frente. Ele também não aplica corretamente a variação de velocidade e obtém um módulo errado.

Por que engana: Confundir a direção da força média, considerando apenas a velocidade final sem levar em conta a mudança de direção da bola.

B Erradaerro: Procedimental

O aluno identifica corretamente o sentido para a esquerda, mas obtém módulo errado, provavelmente por erro de cálculo na variação da quantidade de movimento ou na conversão de milissegundos para segundos.

C Erradaerro: Conceitual

O aluno acha que a força é apenas um valor numérico, sem direção, e ignora que a variação de velocidade tem sentido. Além disso, o módulo obtido não corresponde ao cálculo correto.

D Erradaerro: Procedimental

O aluno calcula a diferença de velocidades como módulo (20 - 15 = 5), ignorando o sinal de v, e por isso obtém módulo errado. Também atribui à força o sentido para a direita, não percebendo que a bola inverte o movimento.

E Correta

Variação de momento ?p = m(v - v0) = 0,20(-15 - 20) = -7,0 kg·m/s. Força média F¯ = ?p/?t = -7,0 / 0,005 s = -1400 N; módulo 1400 N, sentido oposto ao movimento inicial.

Raio-X da questão

Dificuldade Fácil

Bloom Lembrar

Leitura medio

Discriminação alto

Peso pedagógico alto

Autonomia do enunciado completo

Cobertura da habilidade multipla

🧪 Simulado🩺 Diagnóstico🧮 Exige cálculo🏠 Cotidiano🔗 Interdisciplinar⭐ Representativa✍️ calculativa🧩 desafio

🎯 Conceito central

força média

📌 Objetivo

avaliacao

🧱 Pré-requisitos

princípio da conservação da quantidade de movimento · cálculo de força média

📚 Reveja

Revisar o conceito de quantidade de movimento e força média.

⚠️ Erro mais comum

Confundir a direção da força média, considerando apenas a velocidade final sem levar em conta a mudança de direção da bola.

🌎 Tema transversal

ciencia_tecnologia

🤝 Socioemocional

pensamento_critico

🏫 Contexto

cientifico

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