Questões de Concurso sobre Colisão

Em um experimento de laboratório, um disco A de massa m_A = 0,6 kg move-se com velocidade v_A = 4,0 m/s ao longo do eixo x. Ele colide com um disco B de massa m_B = 0,8 kg que está inicialmente em repouso. Após a colisão, o disco A passa a se mover com velocidade v_A’ = 4,0 m/s na direção do eixo y positivo (90° em relação à trajetória inicial). Considerando o sistema isolado, o módulo da velocidade final do disco B é

O AEB (Autonomous Emergency Braking) é uma tecnologia de segurança ativa que utiliza sensores (radar, lidar ou câmeras) para monitorar a distância e a velocidade relativa entre veículos. Quando o sistema detecta um risco iminente de colisão, ele segue três etapas:

1. Aviso: alerta sonoro/visual ao condutor.

2. Pré-carga: aproxima as pastilhas dos discos de freio para resposta imediata.

3. Frenagem autônoma: se o motorista não reagir, o sistema aplica a força máxima de frenagem.

A eficácia do sistema depende do Tempo de Latência (atraso eletrônico e mecânico) e da aderência do pneu com o solo.

Considere que um veículo equipado com sistema AEB trafega em uma via expressa a uma velocidade constante de 108 km/h. A sua frente, um caminhão move-se no mesmo sentido com velocidade constante de 36 km/h. A distância entre a frente do carro e a traseira do caminhão é de exatos 35 metros.

No instante t = 0, o sistema AEB do carro detecta o risco de colisão. O sistema possui um tempo de latência de 0,4 segundos. Após esse intervalo, o carro aplica uma desaceleração constante de 8 m/s². O caminhão, por sua vez, mantém sua velocidade constante durante todo o evento.

Considerando as condições dadas, o que ocorrerá com o veículo?

Durante uma perícia balística, um físico foi solicitado a analisar o impacto de um projétil de massa m contra uma porta metálica homogênea de massa M, largura L, inicialmente em repouso e presa por dobradiças ideais ao longo de uma de suas extremidades verticais (com atrito desprezível nas dobradiças). O projétil incide horizontalmente com velocidade v, atinge a porta a uma distância d do eixo das dobradiças e ricocheteia, retornando na mesma direção, porém com velocidade de módulo u.

Durante o curto intervalo de colisão:

• despreza-se o peso;

• a reação nas dobradiças pode exercer impulso linear;

• não há torque impulsivo externo em relação ao eixo das dobradiças;

• o projétil não permanece na porta.

Considere que a porta pode girar livremente em torno do eixo das dobradiças e que seu momento de inércia em relação a esse eixo é I.

Após o impacto, a porta adquire velocidade angular ω.

Com base nas leis de conservação apropriadas, determine a expressão correta para ω imediatamente após o impacto e assinale a alternativa correta.

Crateras são locais de impacto de meteoritos, corpos celestes que entraram em rota de colisão com a superfície terrestre. O processo de formação dessas crateras depende do tamanho, da velocidade, do ângulo de impacto e do local de queda do meteorito.

Estima-se que a cratera Serra da Cangalha, no estado do Tocantins, por exemplo, tenha sido formada por um meteorito que colidiu com a superfície com uma velocidade de cerca de 12 km/s, gerando 2,70 × 10²⁰ Joules de energia.

A partir dessa estimativa, supondo o sistema conservativo, a massa calculada do meteorito que, há milhões de anos, gerou a cratera é de

Durante a calibração de um sistema de absorção de impacto, um disco metálico homogêneo de massa M e raio R gira livremente em torno de seu eixo central vertical, apoiado em mancais ideais (sem atrito). Inicialmente, o disco está em repouso. Uma pequena esfera de massa m é lançada horizontalmente com velocidade v, tangenciando a borda do disco e colidindo com ele. A esfera fica aderida ao disco no ponto de impacto.

Considere que:

• o eixo do disco não exerce torque externo em relação ao próprio eixo;

• o tempo de colisão é muito curto;

• forças dissipativas são desprezadas;

• o momento de inércia do disco em relação ao eixo central é 𝐈 = $\frac{1}{2}$ 𝐌𝐑 ^𝟐 .

Nesse contexto, determine a velocidade angular ω do conjunto imediatamente após o impacto e assinale a alternativa correta.

Dois blocos, 1 e 2, de massas 𝑚₁ = 2,0 kg e 𝑚₂ = 4,0 kg, respectivamente, deslocam-se sobre uma superfície horizontal perfeitamente lisa (atrito desprezível). O bloco 1 move-se para a direita com velocidade constante 𝑣₁ = 4,0 m/s, enquanto o bloco 2 move-se para a esquerda com velocidade constante 𝑣₂ = 2,0 m/s. Presa ao bloco 2, existe uma mola ideal de constante elástica 𝑘 = 1200 N/m, conforme ilustra a figura abaixo:

Durante a interação entre os blocos, a máxima compressão sofrida pela mola, que ocorre no instante em que os dois blocos têm a mesma velocidade, é de:

Um sistema de teste de colisão envolve um bloco de metal de movendo -se a que atinge frontalmente um carro de teste de 1000kg inicialmente parado.

Se a colisão é perfeitamente inelástica, quanta energia cinética foi dissipada no impacto?

Um nêutron livre, com massa aproximadamente igual a m_n = 1,67ꞏ10⁻²⁷ kg e viajando a uma velocidade de vn = 2ꞏ10⁷ m/s (um nêutron rápido), colide frontalmente e é absorvido por um núcleo de Deutério (que possui um próton e um nêutron, massa aproximadamente mD ≈ 2m_n). Imediatamente antes da colisão, o núcleo de Deutério estava em repouso. Considerando que a colisão é perfeitamente inelástica (o nêutron e o núcleo se unem, formando um núcleo de Trítio).

A velocidade do núcleo resultante (Trítio) imediatamente após a colisão será

Considere um pêndulo simples, com um fio ideal de comprimento sob ação da gravidade de aceleração g, e um sistema massa-mola na horizontal, com uma mola de comprimento natural x₀ e uma massa que desliza sobre uma superfície lisa, conforme a figura. Ambos os corpos, o do pêndulo e o do sistema massa-mola, possuem a mesma massa. No instante inicial, o pêndulo é solto do repouso a partir de um pequeno ângulo $\theta$ com a vertical, enquanto a massa do sistema massa-mola é solta também do repouso a partir de uma posição x₁, em que a mola se encontra comprimida. As duas massas colidem quando a mola atinge seu comprimento natural e quando o pêndulo está na vertical. Nesse instante, elas possuem a mesma velocidade. Assinale a alternativa que corresponde a relação entre o ângulo $\theta$, de lançamento do pêndulo, e os outros parâmetros físicos relevantes.

Um foguete, inicialmente em repouso, em um ambiente sem gravidade ou resistência externa, possui massa inicial M = 1000 kg. Ele ejeta propelente com velocidade de exaustão u = 2000 m/s (relativa ao foguete) e taxa constante de perda de massa |dm/dt| = 50 kg/s. A velocidade do foguete é v₀ = u ln(M / (M - 50t)). No instante t = 10 s, o foguete sofre uma colisão frontal perfeitamente elástica com um pequeno satélite de massa m = 100 kg, que está inicialmente em repouso e alinhado com a direção do movimento do foguete. A ejeção de propelente é interrompida instantaneamente no momento do impacto. Nesse caso, a velocidade final v do foguete imediatamente após a colisão é

Uma bola de aço de 2 kg se desloca horizontalmente a 10 m/s sobre uma superfície sem atrito e colide frontalmente com uma segunda bola de 3 kg, que se move no mesmo sentido a 4 m/s. A colisão entre as bolas é perfeitamente elástica. Com base nessas informações, qual será a velocidade da bola de 2 kg após a colisão?

Duas partículas de massas 𝑚₁ e 𝑚₂ se movimentam ao longo de uma mesma linha com velocidades 𝑣₁ e 𝑣₂ respectivamente. Em um determinado instante elas colidem numa colisão completamente inelástica, sobre essa colisão podemos afirmar:

I. A energia cinética das partículas é constante.

II. Após a colisão as partículas se movimentam na mesma direção, mas em sentidos opostos.

III. Nessa colisão o momento linear das partículas é conservado.

IV. Após a colisão as partículas se unem formando um sistema correspondente a uma partícula de massa 𝑚 = 𝑚₁ + 𝑚₂, que se movimenta com uma velocidade 𝑣 = $\frac{m_1{v}_1+m_2{v}_2}{m_1+m_2}$.

Assinale a alternativa que apresenta APENAS as afirmações corretas.

Uma colisão ocorre entre um corpo de 2,00 kg que se move com uma velocidade e um corpo de 4,00 kg que se move com uma velocidade . Os dois corpos permanecem unidos após a colisão. O módulo do vetor velocidade comum dos dois corpos após a colisão será de:

O CERN (Organização Europeia de Pesquisa Nuclear), do qual o Brasil é membro, é uma instituição que disponibiliza dados de experimentos em Física de Partículas para fins educacionais e de pesquisa. Uma atividade proposta para estudantes da Educação Básica, utilizando dados coletados no laboratório do CERN, avalia características físicas resultantes de colisões entre partículas. Na análise da colisão entre feixes, quais quantidades físicas são conservadas?

Uma bola perfeitamente elástica é lançada horizontalmente com velocidade de módulo 10 m/s entre duas paredes perfeitamente rígidas separadas por uma distância 𝑑. Considerando a ausência de resistência do ar, em 1 segundo de movimento, a bola colide 5 vezes com as paredes enquanto se desloca verticalmente para baixo uma distância de 4,9 m. Se um feixe de luz for lançado horizontalmente entre dois espelhos planos perfeitamente refletores, separados pela mesma distância 𝑑, desconsiderando perdas de energia do feixe durante sua propagação, quantas vezes o feixe de luz colidirá após 1 segundo?

A Figura mostra uma armação semelhante a um pêndulo balístico, em que uma partícula de massa m, inicialmente em repouso e a uma altura h do nível de referência, descreve uma trajetória circular enquanto preso a uma corda ideal, até colidir inelasticamente com um bloco de massa M, inicialmente em repouso e apoiado no nível de referência, de modo a grudarem um no outro.

Elaborado pelo autor.

Desprezando efeitos dissipativos, qual a expressão que permite o cálculo da altura máxima atingida pelos dois blocos grudados após a colisão?

Um bloco A, de massa 6 kg, translada com velocidade inicial de 8 m/s ao longo de uma trajetória retilínea e horizontal, percorrendo uma distância de 3,75 m sobre uma superfície com coeficiente de atrito 𝜇 = 0,2. O bloco A então colide com um bloco B, de massa 2 kg, que estava inicialmente em repouso. Após a colisão, ambos os blocos se movem no mesmo sentido sobre uma superfície lisa (sem atrito), com o bloco A adquirindo uma velocidade de 4 m/s. Considere g = 10 m/s². Com base nas informações apresentadas, analise as assertivas abaixo:

I. A energia cinética dissipada durante a colisão equivale a 18 J.

II. O trabalho da força de atrito sobre o bloco A equivale a 192 J.

III. O coeficiente de restituição da colisão é $\frac{5}{6}$.

Quais estão corretas?

Durante uma atividade interdisciplinar, um professor de Educação Física e outro de Física procuram demostrar para os estudantes como a dinâmica está presente nos esportes. Para exemplificar, os docentes escolhem uma mesa de aero hockey, também conhecida mesa de hockey de ar. Os professores explicam para os estudantes que o sistema consiste numa mesa, com uma superfície composta por uma grande quantidade de furos por onde é mantido um fluxo de ar constante. Sobre a mesa, é possível deslizar um disco de plástico que, devido à saída de ar nos furos, acaba provocando um atrito praticamente nulo entre o disco e mesa.

Diante dessa situação, o professor de Física aciona o fluxo de ar e coloca sobre a mesa dois discos de 50g, a fim de demostrar como ocorrem as colisões bidimensionais entre partículas, conforme a figura abaixo.

Para analisar uma colisão, o professor lança o disco 1 com uma velocidade de 2m/s, contra o disco 2 que está parado sobre a mesa. Após a colisão, o disco 1 desvia sua trajetória em 30°, provocando o movimento do disco 2, conforme a trajetória apresentada na figura da vista superior da mesa. Diante desse fato, desconsiderando o pouco atrito existente, qual é a conclusão possível a partir da realização do experimento?

A figura a seguir apresenta uma partícula A, de massa m e velocidade $\overrightarrow{v}$, colidindo frontalmente com uma partícula B de massa 2m, que se encontra inicialmente em repouso. Considerando que, durante a colisão, o coeficiente de restituição foi de 0,8, pode-se afirmar que a perda de energia cinética, durante a colisão foi de

Considere uma partícula de massa 𝑚, que se move com velocidade 𝑣₀, e realiza uma colisão inelástica unidimensional com outra partícula de massa 𝑀, inicialmente em repouso. O coeficiente de restituição do material constituinte das partículas é denotado por 𝜖. Considerando que a razão das massas das partículas é 𝑀/𝑚 = 𝜆, analise as assertivas abaixo:

I. A velocidade da partícula de massa 𝑚 após a colisão é 𝑣 = 𝑣₀(1 − ϵλ)/(1 + λ).

II. A velocidade da partícula de massa 𝑀 após a colisão é 𝑉 = 𝑣₀(1 + ϵ)/(1 + λ).

III. A razão entre a energia cinética adquirida pela partícula de massa 𝑀 e a energia cinética inicial da partícula de massa 𝑚 é 𝜆(𝜖 + 1)/(𝜆 + 1).

Quais estão corretas?