Pregunta de Ciências da Natureza e suas Tecnologias #019e5c01
Em desenhos animados é comum vermos a personagem tentando impulsionar um barco soprando ar contra a vela para compensar a falta de vento. Algumas vezes usam o próprio fôlego, foles ou ventiladores. Estudantes de um laboratório didático resolveram investigar essa possibilidade. Para isso, usaram dois pequenos carros de plástico, A e B, instalaram sobre estes pequenas ventoinhas e fixaram verticalmente uma cartolina de curvatura parabólica para desempenhar uma função análoga à vela de um barco. No carro B inverteu-se o sentido da ventoinha e manteve-se a vela, a fim de manter as características físicas do barco, massa e formato da cartolina. As figuras representam os carros produzidos. A montagem do carro A busca simular a situação dos desenhos animados, pois a ventoinha está direcionada para a vela.
Com os carros orientados de acordo com as figuras, os estudantes ligaram as ventoinhas, aguardaram o fluxo de ar ficar permanente e determinaram os módulos das velocidades médias dos carros A (VA) e B (VB) para o mesmo intervalo de tempo. A respeito das intensidades das velocidades médias e do sentido de movimento do carro A, os estudantes observaram que:
VA = 0; VB > 0; o carro A não se move.
0 < VA < VB; o carro A se move para a direita.
0 < VA < VB; o carro A se move para a esquerda.
0 < VB < VA; o carro A se move para a direita.
0 < VB < VA; o carro A se move para a esquerda.
Explicación Oficial / Explicaciones de la Comunidad
A questão aborda a aplicação da terceira lei de Newton (ação e reação) e a análise de forças em um sistema. No carro A, a ventoinha sopra ar contra a vela. O ar exerce uma força sobre a vela, que por sua vez exerce uma força de reação sobre o ar. No entanto, como a ventoinha e a vela estão fixadas no mesmo carro, as forças internas se cancelam, resultando em força resultante nula sobre o carro A. Portanto, o carro A não se move (VA = 0). Já no carro B, a ventoinha sopra ar para trás, empurrando o ar para fora do carro. Pela terceira lei de Newton, o ar exerce uma força de reação para frente sobre o carro B, impulsionando-o para a direita. Assim, VB > 0. A alternativa que afirma que VA = 0 e VB > 0, e que o carro A não se move, está correta. As demais alternativas estão incorretas: as que sugerem VA > 0 contradizem a análise de forças internas; as que indicam movimento do carro A para a esquerda ou direita são inconsistentes com a ausência de força externa resultante; e as que comparam VA e VB de forma diferente também estão erradas.