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Exercícios sobre Airbags

Exercícios de Física

Estes exercícios testarão seus conhecimentos sobre os conceitos científicos que envolvem o funcionamento do airbag, equipamento que protege ocupantes de veículos em colisões. Publicado por: Joab Silas da Silva Júnior
questão 1

(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

questão 2

(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.

questão 3

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

questão 4

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.

respostas
Questão 1

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

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Questão 2

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.

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Questão 3

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

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Questão 4

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.

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