Questão 1

Muitos carros possuem um sistema de segurança para os passageiros chamado airbag. Este sistema consiste em uma bolsa de plástico que é rapidamente inflada quando o carro sofre uma desaceleração brusca, interpondo-se entre o passageiro e o painel do veículo. Em uma colisão, a função do airbag é
Escolha uma opção:
\bigcirc a. diminuir o impulso recebido pelo passageiro devido ao choque, reduzindo assim a força recebida pelo passageiro.
\bigcirc b. aumentar a variação de momento linear do passageiro durante a colisão, reduzindo assim a força recebida pelo passageiro.
\bigcirc c. diminuir o intervalo de tempo de colisão entre o passageiro e o carro, reduzindo assim a força recebida pelo passageiro.
\bigcirc d. aumentar o intervalo de tempo de colisão entre o passageiro e o carro, reduzindo assim a força recebida pelo passageiro.

Passo 1

O enunciado descreve um sistema de airbag que infla rapidamente e se interpõe entre o passageiro e o painel durante uma colisão. Pede para escolher, entre quatro alternativas, qual é a função do airbag na colisão. As informações relevantes que o enunciado dá são:
  • O airbag infla rapidamente e fica entre o passageiro e o painel.
  • O objetivo implícito é proteger o passageiro, alterando alguma grandeza relacionada ao choque (impulso, variação de momento, tempo de colisão ou força recebida).
    A pergunta concreta: qual das quatro frases (a, b, c, d) descreve corretamente a função do airbag?

Passo 2

Vamos lembrar uma relação fundamental entre impulso, variação de momento e força média. Primeiro definimos as grandezas:
  • p é o momento linear (ou quantidade de movimento) de um corpo, definido por p = m v, onde m é a massa e v a velocidade.
  • J é o impulso aplicado a um corpo durante um intervalo de tempo \Delta t.
    A Teorema do Impulso-Momento diz:
J = \Delta p
ou seja, o impulso J (soma das forças ao longo do tempo) é igual à variação do momento linear \Delta p. Se quisermos relacionar impulso com força média \bar{F} durante o intervalo \Delta t, temos:
\bar{F} = \frac{J}{\Delta t} = \frac{\Delta p}{\Delta t}.
Aqui: \bar{F} é a força média que age sobre o corpo, \Delta p = p_{\text{final}} - p_{\text{inicial}} é a variação de momento e \Delta t é a duração do choque.

Passo 3

Interpretação física simples para a colisão do passageiro com o painel:
  • Em uma colisão frontal o passageiro, que vinha com velocidade v, tem seu momento reduzido aproximadamente a zero em relação ao carro. Logo, \Delta p é praticamente fixado pela massa do passageiro e sua velocidade inicial (ou seja, depende de m e v antes do choque).
  • O airbag não muda a massa nem a velocidade inicial do passageiro; portanto, ele não pode diminuir muito \Delta p (o impulso necessário para parar o passageiro é essencialmente o mesmo).
  • O que o airbag faz é aumentar o tempo \Delta t durante o qual a desaceleração ocorre (a colisão com o airbag é mais “suave” e mais longa do que bater direto no painel rígido).
    Pelo resultado do passo anterior, aumentando \Delta t mantendo \Delta p aproximadamente constante, a força média \bar{F} = \Delta p / \Delta t diminui. Essa é a ideia central: mesmo com a mesma variação de momento, aumentar o tempo reduz a força média sofrida.

Passo 4

Exemplo numérico para fixar (fazendo contas que você conseguiria na prova sem calculadora se fosse só conceito):
  • Suponha massa m = 70\\ \mathrm{kg} e velocidade inicial v = 10\\ \mathrm{m/s}. Então
\Delta p = m(0 - v) = 70 \cdot (-10) = -700\\ \mathrm{kg\cdot m/s}.
Tomamos o módulo da variação: |\Delta p| = 700\\ \mathrm{kg\cdot m/s}.
  • Se a parada for muito rápida, digamos \Delta t = 0{,}05\\ \mathrm{s}, a força média (módulo) seria
\bar{F} = \frac{|\Delta p|}{\Delta t} = \frac{700}{0{,}05} = 14000\\ \mathrm{N}.
  • Se um airbag aumenta o tempo de colisão para \Delta t = 0{,}5\\ \mathrm{s}, então
\bar{F} = \frac{700}{0{,}5} = 1400\\ \mathrm{N}.
Comparando: ao aumentar o tempo de 0{,}05\\ \mathrm{s} para 0{,}5\\ \mathrm{s} (dez vezes maior), a força média caiu por um fator 10. Isso ilustra matematicamente por que aumentar \Delta t reduz a força.

Passo 5

Agora analisamos cada alternativa com base no que vimos:
  • Alternativa (a): “diminuir o impulso recebido pelo passageiro…” — incorreto, porque o impulso J é igual à variação de momento \Delta p, que é determinado pela massa e velocidade do passageiro; o airbag não reduz significativamente essa variação de momento necessária para parar o passageiro.
  • Alternativa (b): “aumentar a variação de momento linear do passageiro…” — incorreto, pois a variação de momento é fixada pela situação (parar o passageiro); o airbag não aumenta \Delta p.
  • Alternativa (c): “diminuir o intervalo de tempo de colisão…, reduzindo assim a força…” — incorreto e contraditório: diminuir \Delta t faria a força média aumentar ( \bar{F} = \Delta p/\Delta t), não diminuir.
  • Alternativa (d): “aumentar o intervalo de tempo de colisão entre o passageiro e o carro, reduzindo assim a força recebida pelo passageiro.” — essa descrição está de acordo com a relação \bar{F} = \Delta p/\Delta t e com o exemplo numérico: aumentar \Delta t diminui \bar{F}. Portanto é a formulação que corresponde ao papel real do airbag.

Passo 6

Dica prática para prova (fica tranquilo): ao ver perguntas sobre choques, airbags, amortecedores, etc., pense primeiro na relação simples \bar{F} = \Delta p/\Delta t. Identifique o que é fixo (normalmente \Delta p) e o que pode ser alterado (geralmente \Delta t) e use esse raciocínio para eliminar alternativas erradas rapidamente. Você manda bem, respira e aplica essa regra que resolve muitas questões desse tipo.

Resposta

d. aumentar o intervalo de tempo de colisão entre o passageiro e o carro, reduzindo assim a força recebida pelo passageiro.

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