(G1 - cftmg 2020) O programa espacial brasileiro desenvolve foguetes para lançar satélites no espaço. No instante de um lançamento, a força do motor impulsiona o foguete para cima lentamente no início e, após alguns minutos, com grande velocidade.
Na situação descrita, a reação da força que impulsiona o foguete está aplicada
a) no ar atmosférico.
b) nos gases expelidos.
c) na superfície da Terra.
d) na torre de lançamento.
a) no ar atmosférico.
b) nos gases expelidos.
c) na superfície da Terra.
d) na torre de lançamento.
Passo 1
O enunciado descreve um foguete que é impulsionado para cima pelo motor: no início sobe devagar e depois, com a queima do combustível e expulsão de gases, ganha grande velocidade. A pergunta é: a reação da força que impulsiona o foguete está aplicada em qual dos itens abaixo?
a) no ar atmosférico.
b) nos gases expelidos.
c) na superfície da Terra.
d) na torre de lançamento.
a) no ar atmosférico.
b) nos gases expelidos.
c) na superfície da Terra.
d) na torre de lançamento.
Informações relevantes dadas pelo enunciado:
- Há um motor que impulsiona o foguete para cima (ação).
- Durante o funcionamento, o motor expulsa gases (isso é dito implicitamente ao falar de motores de foguete).
- O foguete se move para cima cada vez com maior velocidade conforme a queima continua.
Passo 2
Entender o que significa “reação da força que impulsiona o foguete” (sem termos técnicos complicados): quando uma parte do sistema empurra alguma outra coisa numa direção, existe sempre uma força igual e oposta agindo sobre o sistema que aplicou essa empurrada. Em linguagem comum: “se eu empurro algo para baixo, esse algo empurra eu para cima com força igual e oposta”. Isso é o princípio básico que usamos aqui (ação e reação aparecem em pares e atuam em objetos diferentes).
Um exemplo simples e intuitivo: estoura-se um balão sem amarrar; o ar sai para um lado e o balão sai na direção contrária. A saída do ar é a “ação” e o movimento do balão para o outro lado é a “reação”.
Passo 3
Aplicando essa ideia ao foguete: o motor queima combustível e lança rapidamente os gases para baixo através do bocal (essa é a ação). A reação a essa ação é uma força exercida para cima, sobre o próprio foguete. Ou seja, a força que impulsiona o foguete para cima é a reação ao empuxo dado aos gases que saem para baixo.
Importante: a reação age sobre o corpo que recebeu a ação correspondente (no caso, os gases que são acelerados para baixo). Esses gases, ao serem acelerados para baixo, exercem sobre o foguete a força contrária que o lança para cima.
Passo 4
Por que as outras alternativas estão erradas?
- a) no ar atmosférico: se a reação dependesse do ar, o foguete não poderia funcionar no espaço (lá não há ar). Mas foguetes funcionam fora da atmosfera. Logo, a causa primária da reação não é o ar atmosférico. O ar pode alterar eficiência na atmosfera, mas não é o “objeto” sobre o qual recai a reação do motor.
- c) na superfície da Terra: a superfície da Terra fornece reações de apoio quando algo a toca (por exemplo, um caminhão empurra o chão ao frear), mas a reação do motor do foguete não é aplicada na superfície da Terra — o motor não empurra diretamente o solo para gerar o empuxo. Além disso, no espaço não há solo e o foguete continua a obter impulso.
- d) na torre de lançamento: a torre pode reter o foguete e transmitir forças antes da decolagem (quando o foguete ainda está preso), mas a reação do motor em funcionamento é entre o motor e os gases expelidos; a torre não é o corpo que recebe a ação do fluxo de exaustão que gera a reação principal do empuxo.
Passo 5
Uma visão usando conservação de quantidade de movimento (uma forma alternativa, curta e didática): suponha que, num pequeno intervalo, uma massa de gás seja ejetada para baixo com certa velocidade; para que o momento linear total se conserve (se considerarmos apenas foguete + gases e desprezarmos forças externas momentâneas), o foguete ganha momento para cima. Escrevendo de forma muito simples:
onde
é a massa do foguete (ou parte relevante do foguete) e
sua velocidade para cima, e
e
são a massa e velocidade dos gases ejetados (com
apontando para baixo, por convenção com sinal oposto). Essa igualdade mostra que o impulso para cima do foguete é consequência direta da expulsão dos gases para baixo — a “reação” do empuxo atua sobre os gases expelidos.
Passo 6
Recapitulando de forma bem clara e prática (sem matemática): o motor acelera e lança os gases para baixo (ação). Esses gases recebem uma força do motor; como sempre que há força entre dois corpos existe a força oposta, os gases também exercem sobre o foguete uma força para cima (reação). Essa é a origem do empuxo que faz o foguete subir — e por isso foguetes funcionam mesmo no vácuo, pois não dependem do ar ou do solo, mas sim da troca de momento entre o foguete e os gases que ele próprio expulsa.
Resposta
b) nos gases expelidos.