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Questão de Física do ENEM 2018: Para que a velocidade de lançamento do cubo seja aumentada quatro vezes, o…
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Um projetista deseja construir um brinquedo que lance um pequeno cubo ao longo de um trilho horizontal, e o dispositivo precisa oferecer a opção de mudar a velocidade de lançamento. Para isso, ele utiliza uma mola e um trilho onde o atrito pode ser desprezado, conforme a figura.
Descrição da imagem (gerado por IA)
Diagrama esquemático em corte. Duas linhas paralelas horizontais representam um trilho. Dentro do trilho, à esquerda, há uma mola helicoidal comprimida e, imediatamente à sua direita, um cubo escuro apoiado sobre o trilho. Três setas partem de rótulos: 'Mola', do canto inferior esquerdo, aponta para a mola; 'Cubo', do canto superior direito, aponta para o cubo; e 'Trilho horizontal', na parte inferior central, aponta para o trilho.
Textos contidos na imagem (gerado por IA)
Cubo Mola Trilho horizontal
Para que a velocidade de lançamento do cubo seja aumentada quatro vezes, o projetista deve
manter a mesma mola e aumentar duas vezes a sua deformação.
manter a mesma mola e aumentar quatro vezes a sua deformação.
manter a mesma mola e aumentar dezesseis vezes a sua deformação.
trocar a mola por outra de constante elástica duas vezes maior e manter a deformação.
trocar a mola por outra de constante elástica quatro vezes maior e manter a deformação.
Com o atrito desprezado, a energia potencial elástica armazenada na mola se transforma em energia cinética do cubo: Ep=(1/2)kx2 e Ec=(1/2)mv2. Igualando essas energias, (1/2)kx2=(1/2)mv2, obtém-se v=xk/m. Mantendo a mesma mola, k não muda, e a massa do cubo também é a mesma; portanto, a velocidade de lançamento é diretamente proporcional à deformação x da mola. Para que v fique quatro vezes maior, a deformação também deve ficar quatro vezes maior. Como a energia elástica depende de x2, quadruplicar a deformação fornece 42=16 vezes mais energia, exatamente o necessário para a energia cinética aumentar 16 vezes e a velocidade aumentar 4 vezes.
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