Novos sistemas de propulsão de foguetes e de sondas espaciais estão sempre sendo estudados pela Nasa. Um dos projetos utiliza o princípio de atirar e receber bolas de metal para ganhar impulso. O sistema funcionaria da seguinte forma: em uma estação espacial, um disco, girando, atiraria bolas metálicas, a uma velocidade de 7200 km/h. Uma sonda espacial as receberia e as mandaria de volta ao disco da estação. Segundo pesquisadores, esse sistema de receber e atirar bolas de metal poderia ser usado para dar o impulso inicial a naves ou sondas espaciais que já estivessem em órbita.
(Adaptado de: Jornal Folha de S.Paulo.)
Considere uma sonda espacial com massa de 1 tonelada, em repouso em relação a uma estação espacial, conforme ilustra a figura acima. Suponha que a sonda receba, pela entrada E, uma bola de 10 kg, atirada a 7200 km/h pelo disco da estação, e a devolva, pela saída S, com um quinto do módulo da velocidade inicial. Calcule, em m/s, o módulo da velocidade da sonda em relação à estação no instante em que a bola é devolvida.
61% dos alunos do Fisiquei acertaram esta questão.
Aplique a conservação da quantidade de movimento e cuidado com os sinais das velocidades (adote um referencial)!