Um carro de combate leve sobre rodízios (massa total m = 50 kg, considerar sistema móvel) ejeta água por uma…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
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
Um carro de combate leve sobre rodízios (massa total m = 50 kg, considerar sistema móvel) ejeta água por uma mangueira para trás com vazão de massa ? = 0,50 kg/s e velocidade de ejeção v_e = 20 m/s relativa ao veículo. Usando a 3ª Lei de Newton e impulso de fluxo, calcule a aceleração inicial do conjunto e indique a direção. Considere F_thrust = ?·v_e e F = m·a.
- A) Aceleração = 0,4 m/s² para trás
- B) Aceleração = 0,25 m/s² para frente
- C) Aceleração ˜ 0,20 m/s² para frente (direção oposta à ejeção).
- D) Aceleração = 0,15 m/s² para cima
- E) Aceleração = 0,1 m/s² para frente
✅ Resposta correta: alternativa C
Resolução passo a passo
- Identifique os dados: vazão de massa = 0,50 kg/s, velocidade de ejeção relativa ao veículo = 20 m/s e massa total = 50 kg. Passo 2: Calcule a força de empuxo (impulso de fluxo) usando F_thrust = vazão × v_e = 0,50 × 20 = 10 N. Passo 3: Aplique a 2ª Lei de Newton, F = m × a, isolando a aceleração: a = F/m = 10/50 = 0,20 m/s². Passo 4: Determine a direção. Pela 3ª Lei de Newton, a água é empurrada para trás, logo a reação sobre o carro atua para frente, ou seja, em direção oposta à ejeção. Passo 5: Conclusão: a resolução independente chega a 0,20 m/s² para frente, o que coincide com o gabarito oficial C. A alternativa C traz o símbolo '˜' no lugar de '≈', provavelmente um erro de codificação que não altera o valor. Por que as outras estão erradas: A usa 0,4 m/s², o que equivale a dividir v_e por m e ignorar a vazão, e também indica a direção errada. B dá 0,25 m/s² por um cálculo que não corresponde a 10 N sobre 50 kg. D indica direção vertical, que não faz sentido, já que o empuxo horizontal atua no plano de movimento. E dá 0,1 m/s², valor que surgiria de um erro de cálculo ou de uma massa incorreta.
💡 Dica: Aplique a 3ª Lei de Newton para relacionar forças e aceleração.
Alternativa por alternativa
O aluno calcula v_e/m (20/50 = 0,4) ignorando a vazão de massa e interpreta o movimento como sendo para trás, confundindo a direção da ejeção com a do carro.
O aluno obtém 0,25 ao dividir o empuxo de 10 N por uma massa de 40 kg, possivelmente subtraindo indevidamente a massa ejetada sem ter dados de tempo para isso.
Por que engana: Confundir a direção da aceleração, acreditando que ela é na mesma direção da ejeção da água.
Empuxo F = ?·v_e = 0,5·20 = 10 N. Pela 2ª Lei, a = F/m = 10/50 = 0,2 m/s², para frente (oposta ao jato de água).
O aluno acredita que o empuxo do jato age para cima, intuitivamente associando a água jogada ou o jato à sustentação, em vez de reconhecer a reação horizontal da 3ª Lei de Newton.
O aluno comete um erro numérico, dividindo 10 N por 100 kg (ou por massa com ordem de grandeza errada), e chega a 0,1 m/s², sem conferir a massa do enunciado.
Raio-X da questão
aceleração de um veículo
avaliacao
3ª Lei de Newton · impulso de fluxo
Revisar a 3ª Lei de Newton e impulso de fluxo.
Confundir a direção da aceleração, acreditando que ela é na mesma direção da ejeção da água.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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