FisicaNet - Prof. Alberto Ricardo Prass
QUESTÕES RESOLVIDAS
QUESTÕES RESOLVIDAS
Questão 77

O trilho de ar é um dispositivo utilizado em laboratórios de física para analisar movimentos em que corpos de prova (carrinhos) podem se mover com atrito desprezível. A figura ilustra um trilho horizontal com dois carrinhos (1 e 2) em que se realiza um experimento para obter a massa do carrinho 2. No instante em que o carrinho 1, de massa 150,0 g, passa a se mover com velocidade escalar constante, o carrinho 2 está em repouso. No momento em que o carrinho 1 se choca com o carrinho 2, ambos passam a se movimentar juntos com velocidade escalar constante. Os sensores eletrônicos distribuídos ao longo do trilho determinam as posições e registram os instantes associados à passagem de cada carrinho, gerando os dados do quadro.

Esquema do trilho de ar com carrinhos e sensores

Carrinho 1 Carrinho 2
Posição (cm) Instante (s) Posição (cm) Instante (s)
15,0 0,0 45,0 0,0
30,0 1,0 45,0 1,0
75,0 8,0 75,0 8,0
90,0 11,0 90,0 11,0

Com base nos dados experimentais, o valor da massa do carrinho 2 é igual a

Alternativas
A) 50,0g.
B) 250,0g.
C) 300,0g. Correta
D) 450,0g.
E) 600,0g.
Resolução Comentada

1. Velocidade do carrinho 1 antes da colisão (v₁)

Entre os instantes t = 0,0 s e t = 1,0 s:

\( v_1 = \frac{\Delta x}{\Delta t} \)

\( v_1 = \frac{30,0 - 15,0}{1,0 - 0,0} \)

\( v_1 = 15,0\text{ cm/s} \)

2. Instante da colisão

O carrinho 2 permanece parado em x = 45,0 cm.

\( x = x_0 + v_1 t \)

\( 45,0 = 15,0 + 15,0\, t_{\text{col}} \)

\( t_{\text{col}} = 2,0\text{ s} \)

3. Velocidade do conjunto após a colisão (v')

Entre t = 8,0 s e t = 11,0 s:

\( v' = \frac{\Delta x'}{\Delta t'} \)

\( v' = \frac{90,0 - 75,0}{11,0 - 8,0} \)

\( v' = \frac{15,0}{3,0} \)

\( v' = 5,0\text{ cm/s} \)

4. Conservação da quantidade de movimento

\( Q_{\text{antes}} = Q_{\text{depois}} \)

\( m_1 v_1 + m_2 \cdot 0 = (m_1 + m_2)\, v' \)

\( 150,0 \cdot 15,0 = (150,0 + m_2)\, 5,0 \)

\( 2250 = 750 + 5,0\, m_2 \)

\( 5,0\, m_2 = 1500 \)

\( m_2 = 300,0\text{ g} \)

Alternativa correta: (C)