(Ufsm) O uso de hélices para propulsão de aviöes ainda é muito frequente. Quando em movimento, essas hélices empurram o ar para trás; por isso, o avião se move para frente. Esse fenômeno é explicado pelo(a)
a)
lei de Newton.
b)
lei de Newton.
c)
lei de Newton.
d) princípio de conservação de energia.
a)
b)
c)
d) princípio de conservação de energia.
Passo 1
O enunciado descreve o seguinte fenômeno: quando um avião tem hélices em movimento, as hélices empurram o ar para trás e, por isso, o avião se move para frente. Pergunta qual princípio explica esse fenômeno. As alternativas dadas são:
a) lei de Newton.
b) lei de Newton.
c) lei de Newton.
d) princípio de conservação de energia.
a)
b)
c)
d) princípio de conservação de energia.
Passo 2
Vamos lembrar, de forma bem prática e devagarinho, o que dizem as três leis de Newton (cada uma com uma frase simples e um exemplo). Isso é importante porque o enunciado cita “leis de Newton” nas alternativas.
-
Lei 1 (inércia): um corpo permanece em repouso ou em movimento retilíneo uniforme se a soma das forças sobre ele for nula. Exemplo: se você empurra uma mala e depois para de empurrar, a mala tende a parar por atrito — sem atrito, continuaria se movendo. Nenhuma fórmula necessária aqui além da ideia: sem força resultante, não há mudança de movimento.
-
Lei 2 (dinâmica): a aceleração de um corpo é proporcional à força resultante e inversamente proporcional à sua massa. Forma usual:
onde
é a força total sobre o corpo,
é a massa e
é a aceleração. Exemplo: empurrar um carrinho leve produz maior aceleração que empurrar um caminhão com a mesma força.
- Lei 3 (ação e reação): se um corpo A exerce uma força
sobre um corpo B, então B exerce sobre A uma força de mesma intensidade e direção, mas sentido oposto:
Exemplo: ao empurrar a parede, a parede empurra você com força igual e oposta (você sente isso nos braços).
Passo 3
Agora aplicando as ideias ao caso da hélice: descrevendo o que a hélice faz em linguagem de forças e momento.
-
A hélice empurra massas de ar para trás: isto é, ela aplica uma força sobre o ar, acelerando partes do ar na direção para trás. A ação física concreta é uma força que muda o movimento (momentum) do ar.
-
Pelo enunciado da Lei 3 de Newton (ação e reação), se a hélice aplica uma força para trás no ar, o ar aplica na hélice (e portanto no avião) uma força de mesma intensidade mas em sentido contrário — ou seja, para frente. Essa força para frente é o empuxo (thrust) que acelera o avião.
Essa é a explicação conceitual central: ação (hélice empurra ar para trás) → reação (ar empurra hélice para frente).
Passo 4
Complementando com uma conexão à conservação do momento (para quem gosta de fórmula): quando a hélice acelera uma certa quantidade de massa de ar, ela transmite uma variação de momento linear ao ar. A força média que a hélice experimenta para compensar essa variação de momento é igual à taxa de variação do momento do ar:
onde
é a variação de momento (quantidade de movimento) do ar em um intervalo de tempo
. Para um fluxo contínuo de ar, isso vira, por exemplo,
onde
é a massa de ar acelerada por segundo e
é a velocidade relativa que esse ar recebe para trás. Aqui estamos usando a forma generalizada da Segunda Lei (força = taxa de variação do momento), mas a chave física continua sendo a Lei 3: a força sobre o ar tem a reação igual e oposta sobre a hélice.
Exemplo numérico rápido para ficar mais concreto: se a hélice acelera
de ar a uma velocidade
para trás, o empuxo é
ou seja, o avião sente 10 N para frente.
Passo 5
Por que as outras alternativas não descrevem diretamente o fenômeno (explicando de forma clara para evitar confusão na prova)?
-
Alternativa a)
lei de Newton (inércia): a inércia explica que um corpo tende a manter seu estado de movimento, mas não explica por que surge a força que empurra o avião para frente quando o ar é acelerado. A inércia não dá a causa da força de propulsão. -
Alternativa b)
lei de Newton: se isso quis dizer a Segunda Lei, a Segunda Lei (força = massa × aceleração) descreve quantitativamente a relação entre força e aceleração (e a forma é útil), mas o mecanismo de empurrar o ar e receber reação é ideia da Lei 3. Em outras palavras: a Segunda Lei dá a relação entre força e variação de momento, mas a explicação física de por que surge a força de empuxo (ação do ar sobre a hélice) vem da terceira lei. -
Alternativa d) princípio de conservação de energia: a conservação de energia é verdadeira e importante (o motor fornece energia que vai em parte para acelerar o ar e em parte para trabalho/aquece o ar), mas ela não é a lei que explica a direção e a existência da força que empurra o avião para frente. Energia não fala diretamente de forças de contato ação–reação; por isso não é a explicação correta principal nesse contexto.
Passo 6
Resumo intuitivo e conclusão final: o que explica diretamente por que o avião é empurrado para frente quando a hélice manda ar para trás é o princípio de ação e reação — a terceira lei de Newton: a hélice exerce uma força sobre o ar (ação) e o ar exerce sobre a hélice uma força igual e oposta (reação), que é o empuxo que move o avião para frente.
Resposta
c)
lei de Newton.