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?
Passo 1
Beleza, vamos lá! O exercício fala sobre dois tipos de barreiras em um autódromo que ajudam a diminuir o impacto quando um carro derrapa e bate na parede de proteção. O conteúdo envolve física, especificamente leis de Newton e energia mecânica. Para resolver, vamos precisar entender como a força média e a energia dissipada se comportam em colisões diferentes.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que acontece em cada situação:
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Barreira de pneus: Quando o carro bate nos pneus, a colisão demora mais porque os pneus se deformam. Além disso, o carro retorna com uma velocidade reduzida após a colisão.
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Barreira de blocos deformáveis: Aqui, a colisão também demora o mesmo tempo devido à deformação dos blocos, mas o carro não retorna depois do impacto.
Vamos lembrar que a força média durante a colisão está relacionada ao tempo de contato e à mudança na quantidade de movimento (impulso). A energia mecânica dissipada é a energia que não é recuperada após a colisão, geralmente convertida em calor, som ou deformação dos materiais.
Passo 3
Vamos aplicar algumas fórmulas para entender melhor:
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Impulso (J): $ J = F_{média} \times \Delta t = \Delta p $Onde:
- $ F_{média} $ é a força média
- $ \Delta t $ é o tempo de colisão
- $ \Delta p $ é a mudança na quantidade de movimento
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Energia mecânica dissipada: Em uma colisão completamente inelástica (como na barreira de blocos deformáveis), toda a energia cinética é dissipada. Já na barreira de pneus, parte da energia cinética é convertida em energia de deformação, som e outras formas, mas parte também é recuperada na forma de velocidade do carro que retorna.
Passo 4
Comparando as duas situações:
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Força média: Como o tempo de colisão ($ \Delta t
\Delta p $) é maior na barreira de blocos deformáveis (porque o carro não retorna, significando uma maior desaceleração), a força média exercida sobre o carro será maior na barreira de blocos deformáveis. -
Energia mecânica dissipada: Na barreira de pneus, nem toda a energia é dissipada porque o carro retorna com parte da velocidade inicial. Já na barreira de blocos deformáveis, toda a energia cinética do carro é dissipada durante a colisão. Portanto, a energia mecânica dissipada é maior na barreira de blocos deformáveis.
Resposta
A força média exercida sobre o carro é maior quando a barreira é feita de blocos deformáveis, e a energia mecânica dissipada também é maior nessa situação em comparação com a barreira de pneus.