-Qual destes sistemas pode ser considerado isolado?
A. Dois carros colidem um contra o outro sobre o gelo e após a colisão ficam parados - sistema: os dois carros.
B. Mesma situação que a anterior - sistema: somente um dos carros que desliza.
C. Um carro para repentinamente na estrada - sistema: carro.
D. Uma bola cai no chão - sistema: bola.
A. Dois carros colidem um contra o outro sobre o gelo e após a colisão ficam parados - sistema: os dois carros.
B. Mesma situação que a anterior - sistema: somente um dos carros que desliza.
C. Um carro para repentinamente na estrada - sistema: carro.
D. Uma bola cai no chão - sistema: bola.
Passo 1
Enunciado: escolher qual dos sistemas abaixo pode ser considerado isolado. As opções são:
A. Dois carros colidem um contra o outro sobre o gelo e após a colisão ficam parados — sistema: os dois carros.
B. Mesma situação que a anterior — sistema: somente um dos carros que desliza.
C. Um carro para repentinamente na estrada — sistema: carro.
D. Uma bola cai no chão — sistema: bola.
Informações relevantes fornecidas: cada alternativa indica qual é o sistema que estamos considerando (ou seja, quais corpos estão “dentro” do sistema) e descreve o evento físico (colisão sobre o gelo; parada repentina; queda). Não há números, só cenários qualitativos.
A. Dois carros colidem um contra o outro sobre o gelo e após a colisão ficam parados — sistema: os dois carros.
B. Mesma situação que a anterior — sistema: somente um dos carros que desliza.
C. Um carro para repentinamente na estrada — sistema: carro.
D. Uma bola cai no chão — sistema: bola.
Informações relevantes fornecidas: cada alternativa indica qual é o sistema que estamos considerando (ou seja, quais corpos estão “dentro” do sistema) e descreve o evento físico (colisão sobre o gelo; parada repentina; queda). Não há números, só cenários qualitativos.
O enunciado pede para escolher qual dos sistemas descritos nas alternativas pode ser considerado isolado e fornece as seguintes informações relevantes: cada alternativa indica qual é o sistema que estamos considerando (ou seja, quais corpos estão “dentro” do sistema) e descreve o evento físico (colisão sobre o gelo; parada repentina; queda). Não há números, só cenários qualitativos.
Passo 2
O que significa “ser considerado isolado”? Vou te explicar devagar e com jeitinho: um sistema é isolado quando a resultante das forças externas sobre ele é (praticamente) nula durante o intervalo de tempo que nos interessa. A consequência prática que usamos muito em provas é que, se o sistema é isolado, o momento linear (quantidade de movimento) total do sistema é conservado. Escrevendo a relação básica:
onde
é o vetor momento linear total do sistema e
é a soma vetorial das forças externas. Se
, então
e
é constante (conservado).
Explicando “forças externas” e “internas” de forma prática: se dentro do sistema dois corpos interagem entre si (por exemplo, os dois carros durante uma colisão), as forças que cada um exerce sobre o outro são internas ao sistema (não contam para
). Já forças vindas de algo fora do sistema (atrito com a estrada, a gravidade da Terra, impulso de outro corpo que não está dentro do sistema) são externas. Em provas frequentemente usamos a seguinte ideia útil: durante uma colisão bem rápida a interação entre os corpos é intensa e o tempo é curto, então forças externas pequenas (como atrito) dão impulso externo muito pequeno — por isso, para analisar o momento durante a colisão usamos a aproximação de sistema isolado se incluirmos todos os corpos que trocam forças internas.
Passo 3
Agora aplicando isso à opção A (sistema = os dois carros que colidem sobre o gelo). Durante a colisão os dois carros aplicam forças um no outro: essas forças são internas ao sistema “dois carros”. O gelo tem atrito muito pequeno; em colisões rápidas o impulso devido ao atrito horizontal com o chão é geralmente desprezível durante o curto intervalo da colisão. As forças externas remanescentes (por exemplo, peso e normal) atuam verticalmente e não alteram o momento horizontal total. Portanto, para o componente horizontal (que é o relevante num choque entre carros), podemos considerar a soma das forças externas aproximadamente nula durante a colisão:
Logo, o sistema formado pelos dois carros pode ser considerado isolado (pelo menos no sentido de conservação do momento linear horizontal durante a colisão). Isso justifica que a alternativa A é plausível como sistema isolado.
Passo 4
Aplicando à opção B (sistema = somente um dos carros que desliza na colisão). Se eu escolho como sistema apenas um carro, durante a colisão o outro carro exerce uma força sobre ele — e essa força é externa ao sistema (porque o outro carro não está incluído). Logo
não é nula durante a colisão e o momento linear do único carro não é conservado. Portanto, o sistema “um carro isolado” não pode ser considerado isolado enquanto dura a interação com o outro carro. Conclusão: B não é isolado.
Passo 5
Opção C (sistema = carro que para repentinamente na estrada). Quando um carro para repentinamente, para ele parar atua uma força externa substancial: o atrito com a estrada (ou os freios transmitindo força ao solo) faz o carro reduzir a velocidade. Essas forças vêm do ambiente (estrada, pneus, etc.) e não são internas ao sistema “apenas o carro”. Assim,
é grande e não nulo — o sistema “carro” não é isolado. Nota extra de didática: se quiséssemos um sistema isolado neste cenário teríamos que incluir também a Terra/estrada no sistema (então o impulso é transferido para a Terra), aí a conservação do momento vale para o conjunto carro+Terra.
Passo 6
Opção D (sistema = bola que cai no chão). A bola durante a queda e ao bater no chão sofre a força da gravidade (que vem da Terra) e a reação do chão ao impacto — ambas são forças externas se eu considerar só a bola. Portanto a bola sozinha não é um sistema isolado. Novamente, se incluíssemos a Terra (bola + Terra) poderíamos tratar como sistema onde a interação bola–Terra é interna e o momento total se conserva — mas a alternativa pede só a bola, então D não é isolado.
Passo 7
Resumo do raciocínio prático e decisão final: para decidir se um conjunto de corpos é isolado pergunte “todas as forças que trocam momento entre os corpos estão dentro deste conjunto?” Se sim, são internas e o sistema pode ser isolado (especialmente em colisões rápidas, onde forças externas horizontais são desprezíveis). Na lista dada somente a alternativa A coloca ambos os corpos que efetivamente trocam forças durante a colisão dentro do mesmo sistema, e o cenário (gelo, colisão rápida) permite desprezar forças externas horizontais durante o choque. As outras alternativas deixam fora um agente que exerce força grande (o outro carro, o solo, a Terra), logo não são isoladas. Portanto, a alternativa correta é a A.
Resposta
A