Questão 91 do Enem 2024: crumple zone e a energia na colisão

Enem 2024 · 2º dia · caderno azul · Física · Mecânica

Nos outros cadernos: amarelo 119 · verde 105 · cinza 126

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B absorve a energia cinética do sistema.

Muitas pessoas ainda se espantam com o fato de um passageiro sair ileso de um acidente de carro enquanto o veículo onde estava teve perda total. Essas pessoas talvez considerem, equivocadamente, que os carros mais seguros são os que têm as estruturas mais rígidas, ou seja, estruturas, que durante uma colisão, apresentam menor deformação. Na verdade, o que ocorre é o contrário. Por isso, a partir de 1958, passaram a ser produzidos carros com partes que se deformam facilmente.

DAY, C. Crumple Zones. Disponível em: https://pubs.aip.org. Acesso em: 2 jul. 2024 (adaptado).

Assim, além dos cintos de segurança e dos airbags, os carros modernos passaram a contar com o dispositivo de segurança conhecido como crumple zone (região deformável, em inglês), conforme a figura.

Carro batendo num muro, com a região deformável (crumple zone) na frente amassada, airbags acionados e ocupantes presos pelos cintos de segurança

Momentum and Car safety. GCSE Physics Revision. Disponível em: www.shalom-education.com. Acesso em: 5 jul. 2024 (adaptado).

Considerando o carro, seus ocupantes e o muro da figura como um sistema isolado, o crumple zone aumenta a segurança dos passageiros porque, durante uma colisão, a deformação da estrutura do carro

Tente antes de ler a resolução: toque numa alternativa.

Resolução comentada

O que a questão pede

O comando não pergunta só o que a deformação faz. Pergunta por que ela aumenta a segurança, e antes disso dá uma informação que vale ouro: carro, ocupantes e muro formam um sistema isolado.

Essa frase não está ali por acaso. Ela vai derrubar duas alternativas sozinha.

O que “sistema isolado” garante

Sistema isolado é aquele em que a soma das forças externas é zero. Duas consequências diretas:

a quantidade de movimento total do sistema se conserva: $\vec{Q}_{\text{antes}} = \vec{Q}_{\text{depois}}$ ;
a velocidade do centro de massa do sistema não muda.

Então nenhuma deformação “consome” quantidade de movimento nem diminui a velocidade do centro de massa. Isso já elimina C e E.

Para onde vai a energia

Antes da batida, o carro tem energia cinética:

E_c = \frac{m\,v^2}{2}

Depois, parado contra o muro, essa energia não está mais no movimento. Ela foi transformada: virou o trabalho de amassar a lata, calor e som.

A diferença entre um carro rígido e um carro com crumple zone está em quem recebe essa energia. No carro rígido, quase nada se deforma, a parada é brusca e os ocupantes sofrem o impacto. No carro com região deformável, a própria estrutura do carro absorve a energia enquanto amassa.

O outro lado da mesma moeda: o tempo da batida

Tem um jeito de ver o mesmo efeito pelo impulso. O carro vai da velocidade $v$ até zero de qualquer jeito, então a variação da quantidade de movimento dele é a mesma. O que muda é o tempo que essa parada leva:

F_{\text{média}} = \frac{\Delta Q}{\Delta t}

Um exemplo com números: carro de 1 000 kg a 54 km/h (15 m/s), com $\Delta Q = 1\,000 \cdot 15 = 15\,000$ kg·m/s.

Carro	Tempo da batida	Força média
Rígido	0,05 s	300 000 N
Com crumple zone	0,15 s	100 000 N

Amassar leva tempo, e mais tempo de parada significa uma força três vezes menor sobre o carro e sobre quem está dentro.

A energia cinética (112 500 J, nesse exemplo) é gasta deformando a estrutura, e a parada fica mais longa e menos violenta. É isso que protege os passageiros.

Das alternativas, a única que descreve esse efeito é a B: a deformação absorve a energia cinética do sistema.

B Gabarito: alternativa B

Por que as outras alternativas estão erradas

A
O airbag é disparado por sensores de desaceleração, não pela lata amassando. E o próprio texto trata o airbag como outro dispositivo: "além dos cintos de segurança e dos airbags". (20,1% marcaram)
C
Num sistema isolado, a quantidade de movimento total se conserva. Ela não pode ser "consumida". É exatamente para eliminar essa alternativa que o comando avisa que o sistema é isolado. (8,2% marcaram)
D
É o contrário de barreira: a região deformável cede de propósito. Estrutura que não cede é a do carro rígido, que o primeiro parágrafo diz ser menos seguro. (18,8% marcaram)
E
Sem força externa, a velocidade do centro de massa de um sistema isolado não muda. A força entre o carro e o muro é interna ao sistema, então não mexe no centro de massa. (15% marcaram)

Raio-X da questão

Dados oficiais dos microdados do Inep: respostas de 3.002.203 candidatos que fizeram a prova.

Dificuldade pela TRIFácilParâmetro B: 547 pontosFácil abaixo de 600, média de 600 a 700, difícil a partir de 700. É a 41ª mais difícil de 44 questões válidas desta prova. O parâmetro B, na escala de notas do Enem (500 + 100 · b), é a nota em que o candidato passa a ter mais chance de acertar a questão do que de errar, sem contar o chute.

Acertaram37,6%dos candidatos marcaram a B

Habilidade 18 · Competência 5Relacionar propriedades físicas, químicas ou biológicas de produtos, sistemas ou procedimentos tecnológicos às finalidades a que se destinam.

Como os candidatos responderam

A20,1%
B37,6% ✓ gabarito
C8,2%
D18,8%
E15%

Em branco: 0,1% · Mais de uma marcada: 0,1%

Quanto acertaram, por nota em Ciências da Natureza

abaixo de 50013%
500 a 60063,6%
600 a 70081,7%
700 ou mais78%

Quando o acerto sobe muito de uma faixa para a outra, a questão separa bem quem domina o conteúdo de quem não domina. Na TRI, isso é o parâmetro de discriminação.

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