Em uma aula prática com uso de um trilho de ar, um carrinho A de massa m movimenta-se em direção a outro carrinho B de mesma massa, inicialmente em repouso. As velocidades dos carrinhos A e B foram medidas por sensores, e esses dados foram utilizados para construir os gráficos velocidade x tempo dos carrinhos conforme ilustrado nas figuras abaixo. Observou-se que uma mola acoplada ao carrinho A manteve seu comprimento inalterado antes e após a colisão. Considerando ΔP a variação do momento linear do sistema ao longo do eixo x (direção do trilho de ar), e ΔE a variação de energia mecânica total dos carrinhos devido à colisão, qual das seguintes alternativas está correta em relação à variação do momento linear e da energia mecânica do sistema?
AO momento linear total é conservado, ΔP = 0, mas a energia mecânica não, uma vez que ΔE < 0.
BA energia mecânica se conserva, ΔE = 0, mas o momento linear não, já que ΔP < 0.
CNenhuma das quantidades do momento linear e da energia mecânica são conservadas no experimento, uma vez que ΔP < 0 e ΔE < 0.
DNo experimento, os carrinhos adquirem um aumento de momento linear, ΔP > 0, e uma redução de energia mecânica, ΔE < 0.
ETanto o momento linear quanto a energia total se conservam no experimento: ΔP = 0 e ΔE = 0.
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GabaritoA — O momento linear total é conservado, ΔP = 0, mas a energia mecânica não, uma vez que ΔE < 0.
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Colisão elástica e conservação de momento linear
Gabarito: letra A. Em uma colisão entre dois carrinhos de massas iguais sobre um trilho de ar (sem atrito), o momento linear total do sistema é sempre conservado, pois não há forças externas resultantes na direção do movimento — logo ΔP = 0. A energia mecânica, porém, não se conserva, pois parte dela é dissipada na colisão (mesmo com a mola mantendo seu comprimento, há perdas internas), resultando em ΔE < 0. Essa é a assinatura de uma colisão inelástica (não perfeitamente elástica), e é exatamente o que a alternativa A descreve.
O momento linear (ou quantidade de movimento) de um sistema é definido como o produto da massa pela velocidade de cada corpo, somado vetorialmente: . A lei da conservação do momento linear afirma que, na ausência de forças externas resultantes, o momento total de um sistema isolado permanece constante antes e depois de uma colisão. No experimento, o trilho de ar elimina o atrito, e a força da mola é interna ao sistema (carrinho A + carrinho B), portanto não altera o momento total. Assim, qualquer que seja o tipo de colisão, ΔP = 0 sempre.
A energia mecânica, por sua vez, é a soma das energias cinética e potencial do sistema. Em uma colisão, a energia cinética total pode ser transformada em outras formas de energia (calor, som, deformação permanente), o que caracteriza uma colisão inelástica. A questão afirma que a mola manteve seu comprimento inalterado antes e após a colisão, o que indica que não houve armazenamento de energia potencial elástica no processo — mas isso não significa que a energia cinética se conservou. A dissipação ocorre internamente, e por isso ΔE < 0. A alternativa correta é a que reconhece essa assimetria: momento conservado, energia não.
Para visualizar a diferença entre os tipos de colisão, considere a tabela abaixo:
Tipo de colisão
Momento linear
Energia cinética
Elástica
Conservado
Conservada
Inelástica
Conservado
Não conservada (diminui)
Perfeitamente inelástica
Conservado
Máxima perda (corpos unidos)
A pegadinha da banca está em associar a conservação do momento com a conservação da energia, como se fossem equivalentes. São grandezas independentes: o momento sempre se conserva em colisões (sistema isolado), mas a energia cinética só se conserva em colisões perfeitamente elásticas. Como a questão indica que a mola não mudou de comprimento, não há energia potencial elástica envolvida, mas a dissipação interna ainda ocorre, tornando a colisão inelástica.
Guarde o critério decisivo: momento linear se conserva em toda colisão (sistema isolado); energia mecânica só se conserva se a colisão for perfeitamente elástica. É exatamente nessa fronteira que as alternativas se dividem.
Elástica
Inelástica
Energia cinética
Conservado
Conservado
Momento linear
Conservada
Não conservada (diminui)
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Alternativa A — ✅ Correta ⟵ GABARITO
Esta alternativa está correta porque reconhece que o momento linear total é conservado (ΔP = 0), já que não há forças externas na direção do movimento, e que a energia mecânica não se conserva (ΔE < 0), pois há dissipação interna na colisão. A mola mantendo seu comprimento indica que não há energia potencial elástica armazenada, mas a energia cinética ainda é parcialmente convertida em outras formas de energia, caracterizando uma colisão inelástica.
Alternativa B — ❌ Incorreta
Esta alternativa inverte a situação: afirma que a energia mecânica se conserva (ΔE = 0) e o momento linear não (ΔP < 0). Isso está errado por dois motivos. Primeiro, o momento linear é sempre conservado em colisões de sistemas isolados, então ΔP não pode ser negativo. Segundo, a energia mecânica não se conserva, pois há dissipação interna — a colisão é inelástica. A banca troca os papéis das duas grandezas para confundir o candidato.
Alternativa C — ❌ Incorreta
Esta alternativa afirma que nem o momento linear nem a energia mecânica se conservam (ΔP < 0 e ΔE < 0). O erro está em negar a conservação do momento linear, que é uma lei fundamental da mecânica: em um sistema isolado, o momento total permanece constante. A energia mecânica realmente diminui (ΔE < 0), mas o momento linear é conservado (ΔP = 0), não negativo.
Alternativa D — ❌ Incorreta
Esta alternativa afirma que os carrinhos adquirem aumento de momento linear (ΔP > 0) e redução de energia mecânica (ΔE < 0). O erro está em afirmar que o momento linear aumenta. Como não há forças externas, o momento total do sistema não pode mudar: ele é conservado (ΔP = 0). A energia mecânica realmente diminui, mas o momento linear não aumenta.
Alternativa E — ❌ Incorreta
Esta alternativa afirma que tanto o momento linear quanto a energia total se conservam (ΔP = 0 e ΔE = 0). O erro está em afirmar que a energia mecânica se conserva. A colisão é inelástica, pois há dissipação interna de energia (mesmo sem deformação da mola, há perdas por calor e som). Portanto, ΔE < 0, não ΔE = 0. O momento linear é conservado, mas a energia não.
NÃO CAIA NESSA!
A banca explora a confusão entre conservação do momento linear e conservação da energia mecânica. Muitos candidatos assumem que, se o momento é conservado, a energia também é — mas são grandezas independentes. O momento sempre se conserva em colisões de sistemas isolados; a energia só se conserva em colisões perfeitamente elásticas. Aqui, a mola não muda de comprimento, mas a dissipação interna ainda ocorre, tornando a colisão inelástica.
PEGA ESSA DICA!
Na hora da prova, identifique o tipo de colisão pela conservação da energia cinética. Se a energia cinética total antes é igual à depois, é elástica; se diminui, é inelástica. O momento linear é sempre conservado em sistemas isolados, independentemente do tipo de colisão. Essa distinção resolve a maioria das questões sobre colisões.
