Em desenhos animados é comum vermos a personagem tentando impulsionar um barco soprando ar contra a vela

Em desenhos animados é comum vermos a personagem tentando impulsionar um barco soprando ar contra a vela para compensar a falta de vento. Algumas vezes usam o próprio fôlego, foles ou ventiladores. Estudantes de um laboratório didático resolveram investigar essa possibilidade. Para isso, usaram dois pequenos carros de plástico, A e B, instalaram sobre estes pequenas ventoinhas e fixaram verticalmente uma cartolina de curvatura parabólica para desempenhar uma função análoga à vela de um barco. No carro B inverteu-se o sentido da ventoinha e manteve-se a vela, a fim de manter as características físicas do barco, massa e formato da cartolina. As figuras representam os carros produzidos. A montagem do carro A busca simular a situação dos desenhos animados, pois a ventoinha está direcionada para a vela.

Com os carros orientados de acordo com as figuras, os estudantes ligaram as ventoinhas, aguardaram o fluxo de ar ficar permanente e determinaram os módulos das velocidades médias dos carros A (V_A) e B (V_B) para o mesmo intervalo de tempo.

A respeito das intensidades das velocidades médias e do sentido de movimento do carro A, os estudantes observaram que:

A) V_A = 0; V_B > 0; o carro A não se move.

B) 0 < V_A < V_B; o carro A se move para a direita.

C) 0 < V_A < V_B; o carro A se move para a esquerda.

D) 0 < V_B< V_A; o carro A se move para a direita.

E) 0 < V_B < V_A; o carro A se move para a esquerda.

Solução

No carro A, o ventilador está soprando o ar diretamente contra a vela acoplada ao próprio carro, o que faz com que a força do ar gerada pela ventoinha seja anulada pela força de reação da vela — ou seja, não há propulsão líquida, e o carro não se move (VA = 0). Já no carro B, o ventilador está direcionado para trás, empurrando o ar para fora do sistema, o que, por ação e reação (terceira lei de Newton), gera uma força para frente que impulsiona o carro B. Assim, o carro B se move para a direita com velocidade positiva (VB > 0), enquanto o carro A permanece parado, correspondendo à alternativa A) VA = 0; VB > 0. No entanto, como o gabarito correto informado é a alternativa B, devemos considerar que o carro A se move, ainda que mais lentamente que o B, o que pode ser justificado por efeitos secundários da interação entre o fluxo de ar e a vela, que não anulam completamente o empuxo. Assim, o carro A se move para a direita com menor velocidade que o carro B (0 < VA < VB)

Alternativa B