Exercícios sobre Airbags
(Fuvest) O sistema de airbag de um carro é formado por um sensor que detecta rápidas diminuições de velocidade, uma bolsa inflável e um dispositivo contendo azida de sódio (NaN3) e outras substâncias secundárias. O sensor, ao detectar uma grande desaceleração, produz uma descarga elétrica que provoca o aquecimento e a decomposição da azida de sódio. O nitrogênio (N2) liberado na reação infla rapidamente a bolsa que, então, protege o motorista. Considere a situação em que o carro, inicialmente a 36 km/h (10 m/s), dirigido por um motorista de 60 kg, para devido a uma colisão frontal.
a) Nessa colisão, qual é a variação ΔE da energia cinética do motorista?
b) Durante o 0,2 s da interação do motorista com a bolsa, qual é o módulo a da aceleração média desse motorista?
c) Escreva a reação química de decomposição da azida de sódio formando sódio metálico e nitrogênio gasoso.
d) Sob pressão atmosférica de 1 atm e temperatura de 27ºC, qual é o volume V de gás nitrogênio formado pela decomposição de 65 g de azida de sódio?
Note e adote:
Desconsidere o intervalo de tempo para a bolsa inflar.
Ao término da interação com a bolsa do airbag, o motorista está em repouso.
Considere o nitrogênio como um gás ideal.
Constante universal dos gases: R = 0,08 atm.L/mol.K
0°C = 273 K
MSÓDIO = 23 g/mol
MNITROGÊNIO = 14 g/mol
a) A variação da energia cinética será calculada por: ΔE = EFINAL – EINICIAL. A energia cinética final deve ser nula, uma vez que o motorista irá parar (vFINAL = 0). Sendo assim, podemos escrever que:
ΔE = – EINICIAL
ΔE = - (m.v2) ÷ 2
ΔE = - (60.102) ÷ 2
ΔE = - (60. 100) ÷ 2
ΔE = - 6000 ÷ 2
ΔE = - 3000 J
b) Sabendo que a velocidade inicial do motorista é de 10 m/s, a velocidade final é nula e o tempo de contato entre ele e a bolsa do airbag é de 0,2 s, podemos aplicar a função horária da velocidade para o movimento uniformemente variado e determinar a aceleração média desse motorista.
V = V0 + a.t
Como ocorre uma desaceleração, o sinal dessa grandeza deve ser negativo:
V = V0 - a.t
0 = 10 – a.0,2
0,2.a = 10
a = 10 ÷ 0,2
a = 50 m/s2
c) Segundo o enunciado, a azida de sódio será decomposta e formará nitrogênio (N2) e sódio metálico (Na). Sendo assim, podemos escrever a equação já devidamente balanceada da seguinte forma:
2 NaN3(s) → 2 Na(s) + 3 N2(g)
d) Para encontrar o volume do gás nitrogênio, podemos utilizar a equação de Clapeyron:
P. V = N . R . T
P: Pressão – 1 atm
V: Volume - ?
N: Número de mol – Não informado!
R: Constante universal dos gases: R = 0,08 atm.L/mol.K
T: Temperatura – 27 °C = 273 + 27 = 300 K
Determinando o número de mol (N):
O número de mol é definido como a razão da massa total da substância (m) pela sua massa molar (M). A massa considerada de nitrogênio pode ser calculada a partir da reação química de decomposição da azida. Na reação vemos que 2 mols de azida geram 3 mols de nitrogênio. Sendo assim, podemos escrever:
2 NaN3 → 3 N2
2 ( 23g/mol + 3 . 14g/mol) → 6 . 14 g/mol
Vemos que 130 g de azida (NaN3) geram 84 g de nitrogênio, logo, 65 g de azida resultarão em 42 g de nitrogênio. Finalmente, pode-se aplicar a equação de Clapeyron:
P. V = N . R . T
1 . V = (42 ÷ 28) . 0,08 . 300
V = 1,5 . 0,08. 300
V = 36 L
(UDESC) O airbag e o cinto de segurança são itens de segurança presentes em todos os carros novos fabricados no Brasil. Utilizando os conceitos da Primeira Lei de Newton, de impulso de uma força e variação da quantidade de movimento, analise as proposições.
I. O airbag aumenta o impulso da força média atuante sobre o ocupante do carro na colisão com o painel, aumentando a quantidade de movimento do ocupante.
II. O airbag aumenta o tempo da colisão do ocupante do carro com o painel, diminuindo, assim, a força média atuante sobre ele mesmo na colisão.
III. O cinto de segurança impede que o ocupante do carro, em uma colisão, continue se deslocando com um movimento retilíneo uniforme.
IV. O cinto de segurança desacelera o ocupante do carro em uma colisão, aumentando a quantidade de movimento do ocupante.
Assinale a alternativa correta.
a) Somente as afirmativas I e IV são verdadeiras.
b) Somente as afirmativas II e III são verdadeiras.
c) Somente as afirmativas I e III são verdadeiras.
d) Somente as afirmativas II e IV são verdadeiras.
e) Todas as afirmativas são verdadeiras.
LETRA “B”
I. ERRADO. O impulso durante a colisão é mantido constante.
II. CORRETA.
III. CORRETA.
IV. ERRADO. Se houver desaceleração, haverá redução da quantidade de movimento.
Um motorista deslocava-se em seu automóvel a 108 km/h, em uma estrada retilínea, quando se chocou frontalmente com um determinado obstáculo e parou. No momento da colisão, o airbag foi acionado e o tempo de contato entre o corpo do motorista e a bolsa do airbag até que a velocidade fosse reduzida a zero foi de 0,5s. Determine o valor da desaceleração sofrida pelo corpo do motorista em m/s2.
a) 60
b) 50
c) 30
d) 25
e) 10
LETRA “A”
Velocidade inicial do motorista: 108 km/h ÷ 3,6 = 30 m/s.
Aplicando a função horária da velocidade para o movimento uniformemente variado, temos:
V = V0 + a.t
Como ocorre uma desaceleração, o sinal dessa grandeza deve ser negativo:
V = V0 - a.t
0 = 30 – a . 0,5
0,5. a = 30
a = 30 ÷ 0,5
a = 60 m/s2
A respeito da função desenvolvida por airbag em uma colisão, marque o que for verdadeiro.
a) O ideal é que a colisão entre o motorista e a bolsa do airbag ocorra no menor tempo possível.
b) A colisão entre o motorista e o airbag tem duração muito menor que a colisão entre o motorista e o painel.
c) O ideal é que a colisão entre o motorista e a bolsa do airbag ocorra no maior tempo possível.
d) O airbag substitui o uso do cinto de segurança.
e) Todas as alternativas anteriores estão erradas.
LETRA “C”
Tendo em vista que o impulso é o produto da força aplicada pelo tempo e que esse produto é constante em uma colisão, quanto maior o tempo de contato entre o motorista e a bolsa, menor deverá ser a força entre esses dois corpos.
