Em um teste de colisão, um automóvel de 1500kg colide frontalmente com uma parede de tijolos. A velocidade do automóvelanterior ao impacto era 15 m/s. Imediatamente depois do impacto, o veículo é jogado no sentido contrário ao do movimento inicial com velocidade de 3 m/s. Se a colisão teve a duração de 0,15 s, calcule a força média exercida sobre o automóvel durante a colisão.
Passo 1
Beleza, vamos lá! O exercício fala sobre um carro de 1500 kg que bate de frente numa parede de tijolos. Antes da colisão, ele estava andando a 15 m/s. Depois da batida, ele vai na direção oposta a 3 m/s, e o impacto durou 0,15 segundos. A gente precisa descobrir qual foi a força média que agiu no carro durante essa colisão. Vamos usar conceitos de física relacionados a força, massa, velocidade e tempo para resolver isso.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar do que é força média. Na física, a força média durante uma colisão pode ser calculada usando a segunda lei de Newton, que diz que a força é igual à variação do momento (ou quantidade de movimento) dividido pelo tempo da colisão. A fórmula fica assim:
Onde:
- $ F_{média} $ é a força média
- $ \Delta p $ é a variação do momento
- $ \Delta t $ é o tempo da colisão
Passo 3
Agora, precisamos calcular a variação do momento ($ \Delta p $). O momento (ou quantidade de movimento) de um objeto é dado por:
Onde:
- $ p $ é o momento
- $ m $ é a massa
- $ v $ é a velocidade
A variação do momento é a diferença entre o momento final e o inicial:
Passo 4
Vamos calcular $ p_{inicial} $ e $ p_{final} $:
-
Momento Inicial:
-
Momento Final:
Como o carro mudou de direção após a colisão, a velocidade final é negativa em relação à inicial:Então, -
Variação do Momento:
Passo 5
Agora que temos $ \Delta p $, podemos calcular a força média usando a fórmula:
O sinal negativo indica que a força está na direção oposta ao movimento inicial do carro.
Resposta
A força média exercida sobre o automóvel durante a colisão foi de 180.000 N na direção oposta ao movimento inicial.