Questão de Ciências da Natureza e suas Tecnologias #019e5bdd
Um empresário sul-africano definiu o Hyperloop como a única opção para a viagem ultrarrápida. O Hyperloop é uma espécie de trem que se locomove sem atrito, levitando magneticamente sobre trilhos, em túneis com pressão reduzida. Durante o percurso, o ar vai sendo extraído do túnel, e a diferença de pressão gerada entre a parte traseira e a frontal faz com que a cápsula com passageiros seja colocada em movimento e siga deslocando-se praticamente sem atrito e sem resistência do ar. Em vez de trilhos convencionais, ela é levitada e guiada por campos eletromagnéticos.
O Hyperloop se desloca de acordo com o mesmo princípio físico que explica o movimento de um
foguete subindo enquanto ejeta gases para baixo.
líquido sendo sugado pelo canudo do copo até a boca.
elétron abandonado entre as placas de um capacitor plano.
próton ganhando velocidade dentro de um acelerador de partículas.
submarino emergindo conforme a água é extraída de seus tubos de lastro.
Explicação Oficial / Explicações da Comunidade
1. Compreensão do Contexto Geral
A questão analisa o princípio de funcionamento do sistema de transporte conceitual Hyperloop, no qual cápsulas com passageiros se deslocam em túneis de baixa pressão. O texto de apoio especifica que a cápsula é posta em movimento a partir de uma diferença de pressão gerada entre suas extremidades frontal e traseira: ao bombear e extrair o ar à frente do veículo, estabelece-se um gradiente de pressão (Ptraseira>Pfrontal), originando uma força resultante para a frente dada por F=ΔP⋅A, onde A é a área de seção transversal da cápsula.
2. Justificativa da Alternativa Correta
A alternativa correta é a que cita o foguete subindo enquanto ejeta gases para baixo.
Sob a ótica da mecânica dos fluidos e da termodinâmica de propulsão, o empuxo gerado no motor de um foguete provém da queima de propelentes no interior da câmara de combustão, onde gases a altíssima pressão e temperatura exercem forças em todas as paredes internas. Na parte inferior, há o bocal de escape (tubeira), por onde os gases expandem e são ejetados em alta velocidade para fora. Em virtude dessa abertura traseira, as forças de pressão na parede superior (frontal) da câmara não são compensadas na traseira, resultando em uma força líquida dirigida para a frente (empuxo por pressão e variação de quantidade de movimento, em consonância com a Terceira Lei de Newton). Em ambos os sistemas, o empuxo resultante que acelera o corpo surge da assimetria nas forças de pressão exercidas pelos gases entre as regiões frontal e traseira.
3. Análise dos Distratores (Alternativas Incorretas)
- líquido sendo sugado pelo canudo do copo até a boca: Incorreta. O movimento do líquido no canudo ocorre porque a redução da pressão na cavidade bucal permite que a pressão atmosférica, agindo externamente sobre a superfície livre do líquido no copo, o empurre canudo acima. Trata-se de um escoamento forçado por desbalanço hidrostático externo em um fluido contínuo, e não da propulsão de um corpo rígido acelerado por desbalanço de pressão em suas faces.
- elétron abandonado entre as placas de um capacitor plano: Incorreta. O elétron se move sob a ação exclusiva da força eletrostática gerada pelo campo elétrico uniforme (Fe=qE), fenômeno de natureza puramente eletromagnética, sem relação com pressão ou fluidos.
- próton ganhando velocidade dentro de um acelerador de partículas: Incorreta. A aceleração de partículas atômicas é promovida por campos elétricos oscilantes e direcionada por campos magnéticos (força de Lorentz), fundamentada no eletromagnetismo, e não na dinâmica de fluidos.
- submarino emergindo conforme a água é extraída de seus tubos de lastro: Incorreta. A emersão do submarino é regida pelo Princípio de Arquimedes e pelo equilíbrio de densidades. Ao expelir água e admitir ar nos tanques de lastro, o submarino reduz sua massa total e, consequentemente, sua densidade média; quando esta se torna menor que a densidade da água, a força de empuxo supera a força peso (E>P), fazendo-o emergir.