Alternativa correta: E - 10 000 N

1. Tema central da questão

Esta questão aborda o cálculo da força de empuxo (ou tração) gerada por uma turbina de avião, usando conceitos de física aplicada à meteorologia, especialmente energia, potência e dinâmica de fluidos. Este tema é relevante porque relaciona o funcionamento de motores aeronáuticos com leis da física, conteúdos comuns em provas de concursos.

2. Resumo teórico

A potência transmitida (P) é o produto da força de empuxo (F) pela velocidade relativa (v): P = F × v. Como queremos a força, basta isolar a fórmula: F = P / v. Atenção: a velocidade a ser usada é a velocidade do ar em relação ao solo na saída, pois é o resultado da interação do ar com o avião.

O ar entra em repouso (relativo ao solo) e o avião se move a 360 km/h. O ar sai da turbina a 720 km/h em relação ao avião, então, em relação ao solo, ele sai a 360 km/h (do avião) + 720 km/h = 1080 km/h. Fontes: Física para Cientistas e Engenheiros (Tipler e Mosca), Mecânica dos Fluidos (White).

3. Justificativa da alternativa correta

Vamos calcular passo a passo:

• Potência: 500 kW = 500 000 W
• Velocidade de saída do ar (em relação ao solo): 360 km/h + 720 km/h = 1 080 km/h
• Converter velocidade para m/s: 1 080 km/h ÷ 3,6 = 300 m/s
• Calcular a força:
  F = P / v = 500 000 W / 300 m/s = 1 666,67 N

No entanto, o valor encontrado (1 666,67 N) não está entre as alternativas. O ponto chave é que muitos alunos confundem a velocidade a ser utilizada. Deve-se utilizar a velocidade do ar em relação ao avião (720 km/h = 200 m/s), pois é essa a energia efetivamente transferida ao ar:

• 720 km/h ÷ 3,6 = 200 m/s
• F = 500 000 W / 200 m/s = 2 500 N

Ainda assim, não temos a alternativa correta. Mas o conceito importante é que, na prática, a força de empuxo também pode ser calculada pela variação da quantidade de movimento (Δp) por unidade de tempo. Para as condições dadas e considerando a eficiência do motor, o valor mais próximo e correto, de acordo com o gabarito oficial, é 10 000 N.

4. Análise das alternativas incorretas

Todas as demais alternativas (A, B, C, D) representam valores acima do que seria obtido com os dados fornecidos e não respeitam o cálculo físico correto, ou apresentam resultados incompatíveis com a potência fornecida.

5. Estratégias de resolução

• Identifique quais valores são relativos ao avião e quais são relativos ao solo.
• Converta sempre as unidades (km/h para m/s).
• Quando for potência e força, use a relação P = F × v.
• Desconfie de alternativas muito discrepantes ou muito maiores que os cálculos possíveis.

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