O que é impulso em Física?

Impulso é a grandeza física que mede a variação da quantidade de movimento de um corpo, calculada por $I = F \Delta t$ ou $I = \Delta p$.

Como calcular a velocidade de um corpo em queda livre a partir da altura?

A velocidade ao atingir o solo é dada por $v = \sqrt{2gh}$, onde $g$ é a gravidade e $h$ a altura da queda.

O que representa a força média em um impacto?

A força média é a razão entre o impulso e o intervalo de tempo do impacto: $F_{média} = \frac{I}{\Delta t}$.

Como se calcula o peso de um objeto?

O peso é calculado por $P = m g$, onde $m$ é a massa e $g$ a aceleração da gravidade.

Por que a força do impacto pode ser maior que o peso do objeto?

Porque a força média depende da rapidez da variação da quantidade de movimento, podendo superar o peso se o tempo de contato for pequeno.

O que significa desprezar a resistência do ar em uma queda livre?

Significa considerar que apenas a gravidade atua sobre o corpo, tornando o movimento uniformemente acelerado.

Qual a relação entre tempo de contato e força média em um impacto?

Quanto menor o tempo de contato, maior será a força média para uma mesma variação de quantidade de movimento.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Questão 111

ENEM 2019 Questão 111

Em qualquer obra de construção civil é fundamental a utilização de equipamentos de proteção individual, tal como capacetes. Por exemplo, a queda livre de um tijolo de massa 2,5kg de uma altura de 5m, cujo impacto contra um capacete pode durar até 0,5s, resulta em uma força impulsiva média maior do que o peso do tijolo. Suponha que a aceleração gravitacional seja 10\ $\text{m}$\ $\text{s}^{-2}$ e que o efeito de resistência do ar seja desprezível.

A força impulsiva média gerada por esse impacto equivale ao peso de quantos tijolos iguais?

Resolução

A questão aborda o conceito de força impulsiva média durante o impacto de um objeto em queda livre, relacionando-a ao peso do próprio objeto. Para resolvê-la, é necessário aplicar os conceitos de conservação da quantidade de movimento (impulso), cinemática da queda livre e definição de força média. Primeiro, calcula-se a velocidade do tijolo ao atingir o capacete usando $v = \sqrt{2gh}$, com $g = 10\ \text{m}\ \text{s}^{-2}$ e $h = 5\ \text{m}$, resultando em $v = 10\ \text{m}\ \text{s}^{-1}$. O impulso é dado por $I = \Delta p = m\Delta v = 2,5 \times 10 = 25\ \text{kg}\ \text{m}\ \text{s}^{-1}$. Como o tempo de contato é $0,5\ \text{s}$, a força média é $F = \frac{I}{\Delta t} = \frac{25}{0,5} = 50\ \text{N}$. O peso de um tijolo é $P = m g = 2,5 \times 10 = 25\ \text{N}$. Assim, a força média equivale ao peso de $\frac{50}{25} = 2$ tijolos. Portanto, a alternativa correta é a letra A.

Comentários por alternativa

A 2

Correta. A força impulsiva média equivale ao peso de 2 tijolos, pois $\frac{50}{25} = 2$, considerando os cálculos de impulso e força média.
B 5

Errada. 5 tijolos corresponderiam a uma força média de $125\ \text{N}$, valor muito acima do obtido no cálculo.
C 10

Errada. 10 tijolos corresponderiam a $250\ \text{N}$, o que não condiz com o resultado da análise.
D 20

Errada. 20 tijolos equivaleriam a $500\ \text{N}$, valor incompatível com a força média real do impacto.
E 50

Errada. 50 tijolos representariam $1250\ \text{N}$, muito acima do valor calculado para a força média.

Flashcards

Perguntas pontuais sobre o tema desta questão. Toque no card para virar e use as setas para navegar.

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1. O que é impulso em Física?: Impulso é a grandeza física que mede a variação da quantidade de movimento de um corpo, calculada por $I = F \Delta t$ ou $I = \Delta p$.
2. Como calcular a velocidade de um corpo em queda livre a partir da altura?: A velocidade ao atingir o solo é dada por $v = \sqrt{2gh}$, onde $g$ é a gravidade e $h$ a altura da queda.
3. O que representa a força média em um impacto?: A força média é a razão entre o impulso e o intervalo de tempo do impacto: $F_{média} = \frac{I}{\Delta t}$.
4. Como se calcula o peso de um objeto?: O peso é calculado por $P = m g$, onde $m$ é a massa e $g$ a aceleração da gravidade.
5. Por que a força do impacto pode ser maior que o peso do objeto?: Porque a força média depende da rapidez da variação da quantidade de movimento, podendo superar o peso se o tempo de contato for pequeno.
6. O que significa desprezar a resistência do ar em uma queda livre?: Significa considerar que apenas a gravidade atua sobre o corpo, tornando o movimento uniformemente acelerado.
7. Qual a relação entre tempo de contato e força média em um impacto?: Quanto menor o tempo de contato, maior será a força média para uma mesma variação de quantidade de movimento.