Física1ª sérieBNCC EM13CNT101Difícil⏱ medio

Em um ensaio de segurança realizado em laboratório, dois carrinhos colidem sobre um trilho horizontal…

Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva

Habilidade BNCC EM13CNT101

Analisar e representar, com ou sem o uso de dispositivos e de aplicativos digitais específicos, as transformações e conservações em sistemas que envolvam quantidade de matéria, de energia e de movimento para realizar previsões sobre seus comportamentos em situações cotidianas e em processos produtivos que priorizem o desenvolvimento sustentável, o uso consciente dos recursos naturais e a preservação da vida em todas as suas formas.

Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).

Questão

Em um ensaio de segurança realizado em laboratório, dois carrinhos colidem sobre um trilho horizontal. Adota-se como sentido positivo o da direita. Antes do choque, o carrinho A, de massa 3 kg, move-se a 4 m/s para a direita, e o carrinho B, de massa 2 kg, move-se a 1 m/s para a esquerda. O gráfico da intensidade da força horizontal exercida sobre A durante o contato é triangular: começa em 0 N no instante 0 s, cresce linearmente até 600 N em 0,025 s e decresce linearmente até 0 N em 0,050 s. Durante a colisão, as forças entre os carrinhos formam um par de ação e reação; desprezam-se forças externas horizontais relevantes. Com base nos dados e no gráfico descrito, determine as velocidades dos dois carrinhos imediatamente após a colisão, indicando seus sentidos, e verifique se a quantidade de movimento total do sistema se conserva.

✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.

Resposta esperada

A área do gráfico força-tempo é um triângulo de base 0,050 s e altura 600 N, portanto o impulso tem módulo 15 N·s. A força sobre A aponta para a esquerda, então seu impulso é -15 N·s; sobre B, o impulso é +15 N·s. Para A, a quantidade de movimento inicial é 3 × 4 = 12 kg·m/s e a final é 12 - 15 = -3 kg·m/s, resultando em velocidade de -1 m/s, isto é, 1 m/s para a esquerda. Para B, a quantidade de movimento inicial é 2 × (-1) = -2 kg·m/s e a final é -2 + 15 = 13 kg·m/s, resultando em velocidade de 6,5 m/s para a direita. A quantidade de movimento total inicial é 12 - 2 = 10 kg·m/s e a final é -3 + 13 = 10 kg·m/s; portanto, conserva-se.

Explicação

O impulso corresponde à área sob o gráfico força-tempo. Seu sinal depende do sentido da força em cada carrinho. Aplicando o teorema do impulso a cada um, obtêm-se as velocidades finais; os impulsos internos se cancelam no sistema, e a quantidade de movimento total permanece em 10 kg·m/s.

Raio-X da questão

Dificuldade Difícil

Bloom analisar

Leitura medio

Discriminação alto

Peso pedagógico alto

Autonomia do enunciado completo

Cobertura da habilidade dupla

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

🎯 Conceito central

Impulso e conservação da quantidade de movimento

📌 Objetivo

avaliacao

🧱 Pré-requisitos

Quantidade de movimento: p = mv · Área de gráfico força-tempo

📚 Reveja

Teorema do impulso e momento linear

⚠️ Erro mais comum

Usar a força máxima como força constante ou atribuir o mesmo sentido aos impulsos dos dois carrinhos.

🌎 Tema transversal

Segurança em ensaios de colisão

🏫 Contexto

cientifico

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