Em um trem, em uma cabine com uma grande janela de vidro, uma pessoa solta uma maçã enquanto o trem passa por uma estação. Desprezando a resistência do ar, sabendo que o trem segue em movimento retilíneo e uniforme, podemos afirmar que:
I. A forma da trajetória da queda da maçã não depende do referencial adotado.
II. Para um observador na cabine, a maçã cai em linha reta na vertical.
III. Para outro observador, na estação, a maçã executa uma trajetória parabólica.
IV. Como a trajetória é uma parábola, a maçã atinge a parede da cabine antes de chegar ao piso.
Dessa forma, está correto o que se afirma em:
a) Apenas, III e IV.
b) Apenas, I e II.
c) Apenas, II e III.
d) Apenas II.
e) Apenas III.

Passo 1

Beleza, o enunciado diz que uma pessoa solta uma maçã dentro da cabine de um trem que se move em MRU (movimento retilíneo uniforme), desprezando a resistência do ar. Queremos ver quais afirmações sobre a forma da trajetória são verdadeiras, segundo dois referenciais (cabine e estação).
Conteúdo envolvido: Cinemática (movimento relativo e lançamento de projéteis). Vamos precisar saber que em cada referencial a maçã pode ter componentes de velocidade diferentes e que, ignorando o ar, o movimento vertical é com aceleração e o horizontal é uniforme. Usaremos as fórmulas:

Passo 2

Analisando o item I: “A forma da trajetória da queda da maçã não depende do referencial adotado.”
Na real depende sim! No trem ela cai reta (vertical), mas na estação quem observa vê um movimento para frente ao mesmo tempo que ela cai, formando uma parábola. Logo I é falso.

Passo 3

Item II: “Para um observador na cabine, a maçã cai em linha reta na vertical.”
Na cabine a maçã já tem a mesma velocidade do trem no instante que é solta, então no referencial da cabine . A única aceleração é a gravidade para baixo. Resultado: cai em linha reta vertical. II é verdadeiro.

Passo 4

Item III: “Para outro observador, na estação, a maçã executa uma trajetória parabólica.”
Do chão a maçã entra com velocidade horizontal igual à do trem e . Então:
(movimento uniforme)
(queda livre)
A combinação é uma parábola . III é verdadeiro.

Passo 5

Item IV: “Como a trajetória é uma parábola, a maçã atinge a parede da cabine antes de chegar ao piso.”
Na cabine ela cai reta; no chão ela descreve parábola mas sempre “acompanha” o trem, então não bate na parede antes de atingir o chão da cabine. Ela cai no mesmo lugar de quem a soltou. IV é falso.

Passo 6

Só os itens II e III são verdadeiros.

Resposta

c) Apenas II e III.

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