(FUVEST 2018) - QUESTÃO

Uma caminhonete, de massa 2.000 kg, bateu na traseira de um sedã, de massa 1.000 kg, que estava parado no semáforo, em uma rua horizontal. Após o impacto, os dois veículos deslizaram como um único bloco. Para a perícia, o motorista da caminhonete alegou que estava a menos de 20 km/h quando o acidente ocorreu. A perícia constatou, analisando as marcas de frenagem, que a caminhonete arrastou o sedã, em linha reta, por uma distância de 10 m. Com este dado e estimando que o coeficiente de atrito cinético entre os pneus dos veículos e o asfalto, no local do acidente, era 0,5, a perícia concluiu que a velocidade real da caminhonete, em km/h, no momento da colisão era, aproximadamente, 

Note e adote: Aceleração da gravidade: 10 m/s². 
Desconsidere a massa dos motoristas e a resistência do ar.

a) 10. 
b) 15. 
c) 36. 
d) 48. 
e) 54. 

                                                                                                                             Resposta: E
As forças aplicadas no conjunto caminhonete (C) e sedã (S), após a colisão, são
Como a normal equilibra o peso:
«math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«semantics» «mrow»«mi»R«/mi»«mo»=«/mo»«mi»A«/mi»«/mrow» «annotation encoding=¨LaTeX¨»R = A«/annotation» «/semantics»«/math»
Utilizando o princípio fundamental da dinâmica:
«math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mi»m«/mi»«mfenced open=¨|¨ close=¨|¨»«mi»a«/mi»«/mfenced»«mo»=«/mo»«mi»§#x3BC;«/mi»«mi»N«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§#x21D2;«/mo»«menclose notation=¨updiagonalstrike¨»«mi»m«/mi»«/menclose»«mfenced open=¨|¨ close=¨|¨»«mi»a«/mi»«/mfenced»«mo»=«/mo»«mi»§#x3BC;«/mi»«menclose notation=¨updiagonalstrike¨»«mi»m«/mi»«/menclose»«mi»g«/mi»«mspace linebreak=¨newline¨/»«mo»§#x2234;«/mo»«mfenced open=¨|¨ close=¨|¨»«mi»a«/mi»«/mfenced»«mo»=«/mo»«mi»§#x3BC;«/mi»«mi»g«/mi»«/math»
Sendo «math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«semantics» «mrow»«mi»§#x3BC;«/mi»«mo»=«/mo»«mn»0«/mn»«mo»,«/mo»«mn»5«/mn»«/mrow» «annotation encoding=¨LaTeX¨»\mu = 0,5«/annotation» «/semantics»«/math» e «math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mi»g«/mi»«mo»=«/mo»«mn»10«/mn»«mo»§#xA0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»m«/mi»«mo»/«/mo»«msup»«mi mathvariant=¨normal¨»s«/mi»«mn»2«/mn»«/msup»«/math»:
«math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mfenced open=¨|¨ close=¨|¨»«mi»a«/mi»«/mfenced»«mo»=«/mo»«mn»0«/mn»«mo»,«/mo»«mn»5«/mn»«mo»§#xB7;«/mo»«mn»10«/mn»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§#x2234;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mfenced open=¨|¨ close=¨|¨»«mi»a«/mi»«/mfenced»«mo»=«/mo»«mn»5«/mn»«mo»§#xA0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»m«/mi»«mo»/«/mo»«msup»«mi mathvariant=¨normal¨»s«/mi»«mn»2«/mn»«/msup»«/math»
Dessa maneira, a velocidade do conjunto logo após a colisão pode ser obtida por meio da equação de Torricelli:
«math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«semantics» «mrow»«msubsup»«mi»v«/mi»«mrow»«mi»c«/mi»«mi»o«/mi»«mi»n«/mi»«mi»j«/mi»«/mrow»«mn»2«/mn»«/msubsup»«mo»=«/mo»«msubsup»«mi»v«/mi»«mrow»«mn»0«/mn»«mo»,«/mo»«mi»c«/mi»«mi»o«/mi»«mi»n«/mi»«mi»j«/mi»«/mrow»«mn»2«/mn»«/msubsup»«mo»+«/mo»«mn»2«/mn»«mi»a«/mi»«mi»§#x394;«/mi»«mi»S«/mi»«/mrow» «annotation encoding=¨LaTeX¨»v_{conj}^2 = v_{0,conj}^2 + 2a\Delta S«/annotation» «/semantics»«/math»
Sendo «math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«semantics» «mrow»«msub»«mi»v«/mi»«mrow»«mi»c«/mi»«mi»o«/mi»«mi»n«/mi»«mi»j«/mi»«/mrow»«/msub»«mo»=«/mo»«mn»0«/mn»«/mrow» «annotation encoding=¨LaTeX¨»v_{conj} = 0«/annotation» «/semantics»«/math»«math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mi»a«/mi»«mo»=«/mo»«mo»-«/mo»«mn»5«/mn»«mo»§#xA0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»m«/mi»«mo»/«/mo»«msup»«mi mathvariant=¨normal¨»s«/mi»«mn»2«/mn»«/msup»«/math» e «math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«semantics» «mrow»«mi»§#x394;«/mi»«mi»S«/mi»«mo»=«/mo»«mn»10«/mn»«mtext»§#xA0;m«/mtext»«/mrow» «annotation encoding=¨LaTeX¨»\Delta S = 10 \text{ m}«/annotation» «/semantics»«/math»:
«math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«semantics» «mrow»«mn»0«/mn»«mo»=«/mo»«msubsup»«mi»v«/mi»«mrow»«mn»0«/mn»«mo»,«/mo»«mi»c«/mi»«mi»o«/mi»«mi»n«/mi»«mi»j«/mi»«/mrow»«mn»2«/mn»«/msubsup»«mo»+«/mo»«mn»2«/mn»«mo»§#xB7;«/mo»«mo»(«/mo»«mo»-«/mo»«mn»5«/mn»«mo»)«/mo»«mo»§#xB7;«/mo»«mn»10«/mn»«/mrow» «annotation encoding=¨LaTeX¨»0 = v_{0,conj}^2 + 2 \cdot(-5)\cdot 10«/annotation» «/semantics»«/math»
«math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«semantics» «mrow»«mo»§#x2234;«/mo»«msub»«mi»v«/mi»«mrow»«mn»0«/mn»«mo»,«/mo»«mi»c«/mi»«mi»o«/mi»«mi»n«/mi»«mi»j«/mi»«/mrow»«/msub»«mo»=«/mo»«mn»10«/mn»«mtext»§#xA0;m/s«/mtext»«/mrow» «annotation encoding=¨LaTeX¨»\therefore v_{0,conj} = 10 \text{ m/s}«/annotation» «/semantics»«/math»
Agora, para se obter a velocidade com que a caminhonete colidiu com o sedã, basta lembrar que a colisão, que é inelástica, é um sistema isolado
:
«math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«msub»«mi»Q«/mi»«mrow»«mi»C«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«/mrow»«/msub»«mo»+«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«menclose notation=¨updiagonalstrike¨»«msub»«mi»Q«/mi»«mi»S«/mi»«/msub»«/menclose»«mover»«mrow/»«mn»0«/mn»«/mover»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«msub»«mi»Q«/mi»«mrow»«mi»c«/mi»«mi»o«/mi»«mi»n«/mi»«mi»j«/mi»«/mrow»«/msub»«mspace linebreak=¨newline¨/»«msub»«mi»m«/mi»«mi»C«/mi»«/msub»«msub»«mi»v«/mi»«mi»C«/mi»«/msub»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mn»0«/mn»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»(«/mo»«msub»«mi»m«/mi»«mi»C«/mi»«/msub»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«msub»«mi»m«/mi»«mi»S«/mi»«/msub»«mo»)«/mo»«msub»«mi»v«/mi»«mrow»«mi»c«/mi»«mi»o«/mi»«mi»n«/mi»«mi»j«/mi»«/mrow»«/msub»«/math»
Sendo «math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«semantics» «mrow»«msub»«mi»m«/mi»«mi»C«/mi»«/msub»«mo»=«/mo»«mn»2000«/mn»«mtext»§#xA0;kg«/mtext»«/mrow» «annotation encoding=¨LaTeX¨»m_C = 2000 \text{ kg}«/annotation» «/semantics»«/math» e «math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«semantics» «mrow»«msub»«mi»m«/mi»«mi»S«/mi»«/msub»«mo»=«/mo»«mn»1000«/mn»«mtext»§#xA0;kg«/mtext»«/mrow» «annotation encoding=¨LaTeX¨»m_S = 1000 \text{ kg}«/annotation» «/semantics»«/math»:
«math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«semantics» «mrow»«mn»2000«/mn»«mo»§#xB7;«/mo»«msub»«mi»v«/mi»«mi»C«/mi»«/msub»«mo»=«/mo»«mo»(«/mo»«mn»2000«/mn»«mo»+«/mo»«mn»1000«/mn»«mo»)«/mo»«mo»§#xB7;«/mo»«mn»10«/mn»«/mrow» «annotation encoding=¨LaTeX¨»2000 \cdot v_C = (2000+1000)\cdot 10«/annotation» «/semantics»«/math»
«math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«semantics» «mrow»«mo»§#x2234;«/mo»«msub»«mi»v«/mi»«mi»C«/mi»«/msub»«mo»=«/mo»«mn»15«/mn»«mtext»§#xA0;m/s«/mtext»«mo»=«/mo»«mn»54«/mn»«mtext»§#xA0;km/h«/mtext»«/mrow» «annotation encoding=¨LaTeX¨»\therefore v_C = 15 \text{ m/s} = 54 \text{ km/h}«/annotation» «/semantics»«/math»