Dados ilustrativos: No pátio de uma escola, alunos testam o efeito de um capacete de bicicleta em uma…

Questão

Dados ilustrativos: No pátio de uma escola, alunos testam o efeito de um capacete de bicicleta em uma simulação de queda. Um manequim de 70 kg é lançado a 5 m/s contra uma placa rígida. Sem capacete, o contato dura cerca de 0,001 s; com capacete (espuma de 2 cm), o contato aumenta para 0,02 s. Usando F = m ?v/?t, os estudantes calcularam a força média de impacto nos dois casos e discutiram o risco de lesões. Avalie a justificativa para uso de capacete ao pedalar, indicando como ele reduz a força média sofrida pela cabeça?

1. A) Aumentar o tempo de impacto, reduzindo a força média exercida sobre a cabeça
2. B) Diminuir a energia cinética liberada no impacto, reduzindo a velocidade ao colidir
3. C) Impedir completamente o movimento brusco da cabeça, eliminando qualquer força de impacto
4. D) Aumentar a área de contato, distribuindo a pressão sobre a cabeça
5. E) Converter parte da energia cinética em calor, reduzindo a energia dissipada no choque

✅ Resposta correta: alternativa A

Resolução passo a passo

1. Identifique os dados. A massa é m = 70 kg, a velocidade inicial é 5 m/s e a velocidade final é zero, pois a cabeça para ao bater na placa. Logo, a variação de velocidade é Delta v = 5 m/s em módulo. Passo 2: Aplique o teorema do impulso, F = m Delta v / Delta t. Sem capacete, Delta t = 0,001 s, então F = 70 x 5 / 0,001 = 350000 N. Com capacete, Delta t = 0,02 s, então F = 70 x 5 / 0,02 = 17500 N. Passo 3: Compare os resultados. O tempo de contato foi multiplicado por 20 e a força média caiu na mesma proporção, de 350000 N para 17500 N. Passo 4: Conclua o mecanismo. A variação de velocidade é a mesma nos dois casos, pois a cabeça sempre sai de 5 m/s e para. Como a força é inversamente proporcional ao tempo de contato, o capacete, ao deformar-se e ceder por 2 cm, prolonga a parada e reduz a força média. A alternativa A está correta e o gabarito oficial está coerente com isso. Passo 5: Analise as demais. B está errada porque a energia cinética inicial da cabeça (cerca de 875 J) não é removida pelo capacete antes do impacto; ele apenas altera o tempo em que essa energia é absorvida. C está errada porque nenhum equipamento impede totalmente a parada brusca, já que a força continua existindo, apenas em menor intensidade. D está errada porque aumentar a área de contato reduz a pressão, mas não altera a força média dada pela fórmula do impulso. E está errada porque, embora a espuma dissipe energia, o ponto central da justificativa é o aumento do tempo de impacto, que é o que reduz a força média calculada.

💡 Dica: Use a fórmula da força média e compare os tempos de impacto para entender a redução da força.

Alternativa por alternativa

Raio-X da questão

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