Responda as seguintes perguntas:
Um vidro que cai sobre um piso de concreto possui maior probabilidade de quebrar que um vidro que cai sobre um piso de madeira. Explique.
Um vidro que cai sobre um piso de concreto possui maior probabilidade de quebrar que um vidro que cai sobre um piso de madeira. Explique.
Passo 1
O enunciado compara a probabilidade de um mesmo vidro quebrar ao cair sobre dois pisos diferentes: concreto e madeira. O conteúdo central aqui é a física do impacto, ou seja, como a energia e o impulso se comportam quando o vidro atinge cada superfície. Para entender por que o vidro tem maior chance de quebrar no concreto, vamos usar as noções de energia potencial, conservação de momento (impulso) e deformação dos materiais.
Passo 2
Antes do impacto, o vidro que cai a partir de uma altura
tem energia potencial gravitacional que vira energia cinética ao atingir o piso. Essa energia é
onde
é a massa do vidro e
a aceleração da gravidade. Como a altura
e a massa
são as mesmas nos dois casos, a energia disponível para o impacto é igual em ambos.
Passo 3
No impacto, essa energia precisa ser absorvida ou devolvida ao ambiente em forma de deformação, som, calor etc. Além disso, a variação de momento (impulso) do vidro é
já que ao final o vidro para (
). A força média exercida sobre o vidro durante o impacto satisfaz
onde
é o tempo de contato entre vidro e piso.
Passo 4
Piso de concreto: quase não se deforma, logo
é muito pequeno. Para a mesma
, isso gera uma força média
muito grande, pois
Essa força concentrada facilmente ultrapassa a resistência do vidro, causando fratura.
Passo 5
Piso de madeira: deforma-se elasticamente durante o impacto, aumentando
. Com
maior, a mesma variação de momento gera uma força média menor. Além disso, parte da energia
é absorvida pela deformação da madeira, reduzindo o que incide sobre o vidro. Logo, menor força e menor energia concentrada protegem o vidro de quebrar.
Resposta
O vidro quebra mais sobre o concreto porque esse piso praticamente não se deforma, tornando o tempo de contato muito curto e gerando uma força média muito alta que supera a resistência do vidro. No caso da madeira, a deformação do piso prolonga o tempo de contato e absorve parte da energia, reduzindo a força sobre o vidro e, assim, a probabilidade de fratura.