Em um autódromo, os carros podem derrapar em uma curva e bater na parede de proteção. Para diminuir o impacto de uma batida, pode-se colocar na parede uma barreira de pneus, isso faz com que a colisão seja mais demorada e o carro retorne com velocidade reduzida. Outra opção é colocar uma barreira de blocos de um material que se deforma, tornando-a tão demorada quanto a colisão com os pneus, mas que não permite a volta do carro após a colisão.
Comparando as duas situações, como ficam a força média exercida sobre o carro e a energia mecânica dissipada?
a) |
A força é maior na colisão com a barreira de pneus, e a energia dissipada é maior na colisão com a barreira de blocos. |
b) |
A força é maior na colisão com a barreira de blocos, e a energia dissipada é maior na colisão com a barreira de pneus. |
c) |
A força é maior na colisão com a barreira de blocos, e a energia dissipada é a mesma nas duas situações. |
d) |
A força é maior na colisão com a barreira de pneus, e a energia dissipada é maior na colisão com a barreira de pneus. |
e) |
A força é maior na colisão com a barreira de blocos, e a energia dissipada é maior na colisão com a barreira de blocos. |
Vamos analisar as duas variáveis em questão para ambos os casos (colisão com parede de pneus e de blocos), ou seja, vamos analisar a força trocada pelo carro e os obstáculos e a energia dissipada neste processo.
1. Força trocada na colisão.
Lembre que o Impulso dado ao carro corresponde a variação da sua Quantidade de Movimento e, lembre também, que ambas são vetoriais (Impulso e Quantidade de Movimento).
O impulso pode ser expresso como o produto da força média Fm pelo intervalo de tempo que dura a colisão e podemos escrever a variação na quantidade de movimento como a diferença entre o valor da quantidade de movimento após a colisão e o seu valor antes.
Como os tempos de colisão são considerados iguais, quanto maior a variação da quantidade de movimento, maior também será a força sobre o carro.
Na colisão com a barreira de pneus, o carro bate e volta com uma velocidade menor (menor quantidade de movimento), de maneira que o impulso sobre o carro é dado pela diferença entre os vetores quantidade de movimento antes e após a colisão, conforme a imagem abaixo:
Na colisão com a parede de blocos, o carro não volta no sentido contrário após a colisão e, por isso, pára após colidir com a parede. Neste caso, o impulso sobre o carro é apenas o suficiente para fazer com que a quantidade de movimento final seja nula, ou seja, tem mesmo módulo que a quantidade de movimento antes da colisão, conforme imagem abaixo:
Desta maneira, a força sobre o carro é maior na colisão com a barreira de pneus do que com a barreira de tijolos.
2. Energia dissipada
A energia dissipada corresponde a diferença entre a energia cinética antes da colisão e a energia cinética após a colisão:
Na colisão com a barreira de pneus o carro retorna com uma velocidade menor do que tinha antes da colisão, mas tal velocidade não é nula.
Já no caso da colisão com a barreira de blocos, o carro não retorna e, portanto, termina a colisão com velocidade nula.
Assim, para uma mesma quantidade de energia cinética antes da colisão (mesma velocidade de colisão), a maior dissipação de de energia ocorre quando a energia cinética se anula após a colisão, ou seja, a dissipação de energia é maior na colisão com a barreira de blocos.
Portanto, a alternativa correta é a letra A.