Durante uma feira de ciências, dois alunos montam uma demonstração sobre colisões utilizando dois carrinhos de…

Questão

Durante uma feira de ciências, dois alunos montam uma demonstração sobre colisões utilizando dois carrinhos de massas diferentes que se movem em trilho retilíneo de ar, reduzindo o atrito. O carrinho A, de massa igual a 0,4 kg, move-se para a direita com velocidade de 2,0 m/s, enquanto o carrinho B, de massa igual a 0,6 kg, move-se para a direita com velocidade de 1,0 m/s. Após encostarem um no outro, os carrinhos mantêm-se juntos devido a um velcro instalado entre eles. Considere que o sistema é isolado e que a colisão ocorre apenas ao longo dessa direção. Considerando a situação descrita, qual será a velocidade do sistema formado pelos dois carrinhos imediatamente após a colisão?

1. A) A velocidade será de 1,2 m/s, supondo a média aritmética das velocidades dos carrinhos antes da colisão.
2. B) A velocidade será de 2,0 m/s, pois é a velocidade do carrinho A antes da colisão e ambos continuam no mesmo sentido.
3. C) A velocidade será de 1,0 m/s, pois é a velocidade do carrinho B com maior massa e ambos seguem juntos após a colisão.
4. D) A velocidade será de 1,4 m/s, pois a conservação da quantidade de movimento exige que (0,4 kg x 2,0 m/s + 0,6 kg x 1,0 m/s) dividido pela massa total (1,0 kg) resulta em 1,4 m/s.
5. E) A velocidade será de 0,8 m/s, pois considera-se apenas a razão entre a quantidade de movimento do carrinho A e a massa total.

✅ Resposta correta: alternativa D

Resolução passo a passo

1. Identifique o princípio aplicável. O sistema é isolado e a colisão ocorre numa única direção, então vale a conservação da quantidade de movimento total. Como os carrinhos ficam unidos pelo velcro, a colisão é perfeitamente inelástica e os dois seguem com a mesma velocidade final v.
2. Calcule a quantidade de movimento antes da colisão. Para o carrinho A: 0,4 kg x 2,0 m/s = 0,8 kg·m/s. Para o carrinho B: 0,6 kg x 1,0 m/s = 0,6 kg·m/s. Como ambos se movem para a direita, somam-se: 0,8 + 0,6 = 1,4 kg·m/s.
3. Calcule a massa total do sistema após a colisão: 0,4 kg + 0,6 kg = 1,0 kg.
4. Aplique a conservação: (massa total) x v = 1,4 kg·m/s, logo v = 1,4 / 1,0 = 1,4 m/s, para a direita.
5. Compare com o gabarito. O resultado obtido coincide com a alternativa D, que está correta.
6. Por que as outras estão erradas. A: a média aritmética não considera as massas, e a conservação da quantidade de movimento não é uma média simples. B: o carrinho B também tem quantidade de movimento e ela não desaparece na colisão. C: o carrinho B é o mais pesado, mas sua velocidade inicial é menor, e a velocidade final não pode ser igual à dele. E: a quantidade de movimento de todo o sistema deve ser usada, não só a do carrinho A.

💡 Dica: Some os momentos iniciais e divida pela massa total.

Alternativa por alternativa

Raio-X da questão

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