Atividades de Forças Específicas: Atrito, Peso e Elástica para a 1ª série do Ensino Médio com gabarito

Quando ensino forças específicas na 1ª série, procuro aproximar as fórmulas de situações reconhecíveis: um corpo que não desliza, alguém que se move sobre um piso ou a diferença entre massa e peso. Na hora de resolver exercícios, vejo que não basta memorizar uma expressão; é importante identificar quais forças atuam e o que cada dado representa. Por isso, costumo começar por diagramas simples e só depois passar aos cálculos.

Neste conjunto, as questões trabalham principalmente atrito estático e cinético, peso e movimento circular. A força elástica faz parte do assunto, mas não aparece nas oito questões fornecidas; não vou acrescentar uma questão como se fosse validada. Apresento abaixo os exercícios disponíveis com gabarito comentado, para que você possa usá-los em aula, como tarefa ou como ponto de partida para uma prova.

O que o aluno de 1ª série precisa saber sobre Forças Específicas: Atrito, Peso, Elástica

Para resolver questões de forças específicas, o aluno precisa reconhecer que o peso é a força gravitacional sobre um corpo e calculá-lo por P = m·g, sem confundi-lo com a massa, medida em quilogramas. Também deve compreender que, em uma superfície horizontal e sem outras forças verticais, a normal tem módulo N = m·g. O atrito estático atua para impedir o deslizamento e pode equilibrar uma força aplicada até seu valor máximo, F_atrito,máx = μ_s·N; o atrito cinético atua durante o deslizamento e se relaciona à desaceleração. Em trajetórias circulares, o atrito pode fornecer a força centrípeta necessária, não sendo uma força adicional chamada “centrípeta”. Já a força elástica é associada à deformação de um corpo elástico e, no modelo de mola ideal, é descrita pela lei de Hooke, F_el = k·Δx, com sentido restaurador. É essencial conferir unidades, substituir corretamente os valores e verificar se o resultado atende à situação descrita.

O que ele precisa saber antes

As questões pressupõem conhecimentos de multiplicação, unidades de massa e força, cálculo da força normal em uma superfície horizontal e isolamento de uma variável em uma equação. Para os itens com atrito em movimento circular, é necessário conhecer a força centrípeta e a relação entre velocidade tangencial, raio e aceleração centrípeta. Para a questão sobre o deslizamento que termina em repouso, entram a equação de Torricelli e a segunda lei de Newton. Vale retomar também que massa é medida em quilogramas, força em newtons e coeficiente de atrito não tem unidade.

Eu verificaria esses pontos com um exemplo curto antes de entregar a lista. Por exemplo, pediria que a turma calculasse o peso de uma massa conhecida e identificasse a normal num bloco parado sobre uma mesa horizontal. Isso permite separar dificuldades de cálculo das dificuldades de interpretação física.

Onde os alunos mais erram

Nos itens de atrito, o erro recorrente indicado nas questões é esquecer que a força normal é N = m·g, usar a massa como se fosse uma força ou dividir pela grandeza errada. Isso costuma aparecer quando o aluno tenta calcular μ diretamente, sem escrever primeiro a relação F_atrito = μ·N. Em situações de equilíbrio horizontal, é preciso igualar a força de atrito necessária à força aplicada e só então isolar μ.

Na questão do peso, o distrator mais provável é 50 N: ele corresponde a usar o valor da massa como se já fosse o peso, sem multiplicar pela gravidade. Nos problemas circulares, pode haver confusão entre força centrípeta e uma força extra, ou erro na divisão de v² por r·g. Já na questão de Torricelli, é importante manter o sinal da aceleração coerente com o sentido contrário ao movimento. Quando a questão apresenta velocidade angular, outro ponto de atenção é calcular primeiro v = ω·r, em vez de usar ω diretamente como velocidade linear.

As alternativas incorretas podem ser úteis para diagnosticar em que etapa está a dificuldade. Em vez de marcar apenas certo ou errado, peço que o aluno escreva qual relação usou e indique o significado de cada valor. Assim, consigo distinguir um problema de conceito de um erro aritmético ou de unidade.

Como trabalhar em sala

• Comece por diagramas de forças: represente peso, normal, força aplicada e atrito em situações horizontais. Peça que a turma indique os pares de forças relevantes para cada cálculo.
• Separe massa de peso: use exemplos numéricos simples e solicite que os alunos anotem unidade e fórmula antes de calcular. Reforce que o peso é uma força, não uma propriedade expressa em quilogramas.
• Compare atrito estático e cinético: discuta o que muda entre impedir o início do deslizamento e descrever um corpo que já está deslizando. A questão do dançarino que para permite relacionar atrito cinético e desaceleração sem precisar de equipamento especial.
• Peça estimativas e conferência: antes de escolher uma alternativa, os alunos podem verificar se o resultado é adimensional no caso de μ e se as unidades de força estão em newtons. Isso ajuda a perceber erros de ordem de grandeza.
• Trate movimento circular por etapas: primeiro identifique a velocidade linear, depois a aceleração ou força centrípeta e, por fim, a condição de atrito. Essa sequência reduz a chance de misturar grandezas diferentes.

Para a força elástica, que não está avaliada nestas questões, você pode complementar a sequência com uma mola ou elástico simples e explorar qualitativamente a deformação e a força restauradora. Se for fazer cálculos, deixe claro quando está adotando o modelo ideal de Hooke e forneça a constante elástica e a deformação necessárias.

Questões prontas de Forças Específicas: Atrito, Peso, Elástica para a 1ª série do Ensino Médio (com gabarito comentado)

A seguir estão as oito questões fornecidas, preservadas com suas alternativas e acompanhadas de comentários. Elas abordam atrito e peso; a força elástica pode ser trabalhada em outro conjunto de exercícios.

1. Durante uma sequência circular, uma dançarina de massa m = 55 kg descreve trajetória circular de raio r = 0,60 m com velocidade tangencial v = 1,20 m/s. Qual o coeficiente mínimo de atrito estático μ_s entre sola e piso para evitar escorregamento? Use g = 10 m/s² e formule o cálculo (μ adimensional).

• ❌ A) μ_s = 0,60. A substituição equivocada de g por 1 não respeita os dados do enunciado.
• ❌ B) μ_s = 0,18. O valor não resulta da relação entre atrito máximo e força centrípeta; é o distrator mais provável.
• ❌ C) μ_s = 0,80. Não corresponde ao cálculo exigido nem à condição mínima para evitar o escorregamento.
• ✅ D) μ_s = v²/(r·g) = (1,20²)/(0,60·10) = 0,24. O atrito fornece a força centrípeta: μ_s·m·g = m·v²/r. A massa se cancela e o resultado é adimensional.
• ❌ E) μ_s = 0,12. O resultado decorre de valores ou operações incorretos e não aplica corretamente a relação indicada.

2. Durante um grappling, um lutador aplica uma força horizontal F = 180 N sobre o tronco do oponente de massa m = 75 kg que tenta resistir com os pés apoiados no tatame. Considerando g = 10 m/s² e assumindo que a força normal N = m·g, qual o coeficiente de atrito estático mínimo μ_s necessário para o oponente não escorregar? Use relação F = μ_s·N.

• ❌ A) μ_s = 0,75. O valor não é o resultado da divisão da força aplicada pela normal calculada com os dados fornecidos.
• ❌ B) μ_s = 1,5. Não corresponde ao cálculo; não se deve descartar uma resposta apenas por uma regra universal sobre coeficientes, mas conferir a relação indicada.
• ❌ C) μ_s = 2,0. Também não resulta de F/N para os valores informados.
• ✅ D) μ_s = 0,24. A normal é N = 75·10 = 750 N; portanto, μ_s = 180/750 = 0,24.
• ❌ E) μ_s = 0,18. É inferior ao valor mínimo calculado e não equilibraria a força de 180 N segundo o modelo do enunciado.

3. João tem massa de 50 kg. Considere a gravidade como 10 m/s². Qual é o peso de João?

• ❌ A) 600 N. Esse resultado equivale a somar 10 à massa antes de multiplicar, operação que não representa o cálculo do peso.
• ✅ B) 500 N. Aplicamos P = m·g: 50·10 = 500 N.
• ❌ C) 50 N. O valor confunde massa e peso e deixa de multiplicar pela aceleração da gravidade.
• ❌ D) 400 N. Subtrair 10 da massa antes de multiplicar não faz parte da relação P = m·g.
• ❌ E) 700 N. Somar 20 à massa é uma operação sem relação com o cálculo do peso.

4. Um praticante aplica uma força horizontal F = 180 N ao empurrar o oponente de massa m = 60 kg parado sobre o tatame. Considerando g = 10 m/s² e que a força de atrito máxima é F_atr = μ·N com N = m·g, qual o coeficiente de atrito mínimo μ para que o oponente não deslize?

• ❌ A) μ = 0,10. A força de atrito máxima correspondente seria menor que os 180 N necessários para impedir o deslizamento.
• ❌ B) μ = 0,15. Também é insuficiente: μ·N = 0,15·600 = 90 N.
• ✅ C) μ = 0,30. A normal vale 60·10 = 600 N. Igualando o atrito máximo à força aplicada, μ = 180/600 = 0,30.
• ❌ D) μ = 0,50. Não é o coeficiente mínimo: daria uma força máxima de atrito de 300 N, maior que os 180 N requeridos.
• ❌ E) μ = 1,00. Produziria um valor ainda maior que o necessário; a pergunta pede o mínimo, não um valor arbitrariamente elevado.

5. Durante um treino, um lutador de massa m = 80,0 kg recebe um empurrão horizontal constante de intensidade F = 200 N nos ombros. Qual o coeficiente mínimo de atrito estático μ entre os pés e o tatame para que o lutador não escorregue? Use g = 10 m/s² e relacione F = μ·m·g (F em N, m em kg, g em m/s²).

• ❌ A) μ = 1,0. Não é o resultado da relação apresentada e representa atrito maior que o mínimo necessário.
• ✅ B) μ = 0,25. Isolando μ, temos μ = F/(m·g) = 200/(80·10) = 200/800 = 0,25. O coeficiente é adimensional.
• ❌ C) μ = 0,1. Esse valor forneceria, no modelo, uma força máxima de atrito de 80 N, insuficiente para equilibrar 200 N.
• ❌ D) μ = 0,75. É superior ao valor mínimo obtido com os dados, não uma resposta ao cálculo pedido.
• ❌ E) μ = 0,5. Também excede o mínimo; produziria uma força de atrito máxima de 400 N, e não o valor mínimo para equilibrar 200 N.

6. Um dançarino de dança urbana realiza um slide inicial horizontal com velocidade v₀ = 2,0 m/s e para após percorrer Δx = 1,50 m sobre o piso. Admitir g = 10 m/s² e que a única força dissipativa horizontal é o atrito cinético. Calcule o coeficiente de atrito cinético μ_k do piso. Use F_atrito = μ_k·m·g e a relação v_f² = v₀² + 2a·Δx (v_f = 0).

• ❌ A) μ_k = 1,0. Não resulta da desaceleração calculada a partir da velocidade inicial e da distância.
• ✅ B) μ_k ≈ 0,13. Com v_f = 0, a = −v₀²/(2Δx) = −4/3 m/s². Como a = −μ_k·g, μ_k = 4/(2·10·1,50) ≈ 0,133, ou 0,13.
• ❌ C) μ_k = 0,5. É maior que o valor obtido ao aplicar Torricelli e relacionar a aceleração ao atrito.
• ❌ D) μ_k = 0,2. Não corresponde à substituição dos dados na relação; é importante não confundir distância com aceleração.
• ❌ E) μ_k = 0,75. Esse valor não é compatível com o cálculo da desaceleração necessária para parar em 1,50 m.

7. Um dançarino de salão de massa m = 60 kg inicia um avanço horizontal com aceleração a = 0,25 m/s² sobre piso liso. Considerando g = 10 m/s², calcule a força horizontal necessária F (em N) e o coeficiente mínimo de atrito μ mínimo entre a sola e o piso para evitar deslizamento. Use F = m·a e μ = F/(m·g).

• ❌ A) F = 15 N; μ_min = 2,5. A força está correta, mas o coeficiente resulta de uma divisão decimal incorreta: 15/600 = 0,025, não 2,5.
• ❌ B) F = 0,25 N; μ_min = 0,00042. A aceleração foi usada como se fosse força; é necessário calcular F = m·a.
• ✅ C) F = 15 N; μ_min = 0,025. F = 60·0,25 = 15 N e N = 60·10 = 600 N. Logo, μ_min = 15/600 = 0,025.
• ❌ D) F = 150 N; μ_min = 0,25. A força fica dez vezes maior que m·a; por isso, o coeficiente também não corresponde aos dados.
• ❌ E) F = 15 N; μ_min = 0,0025. A força está correta, mas o coeficiente é dez vezes menor que 15/600.

8. Um bailarino realiza um giro em círculos de raio r = 0,50 m com velocidade angular ω = 3,0 rad/s. Determine o coeficiente mínimo de atrito estático μ entre sola e piso para que não ocorra deslizamento. Use v = ω·r, força centrípeta F_c = m·v²/r e g = 10 m/s² (μ = F_c/(m·g)).

• ❌ A) μ = 0,25. O resultado não decorre dos valores quando se calcula a velocidade linear e se aplica a relação indicada.
• ❌ B) v = 0,75 m/s e μ = 0,37. A velocidade linear foi calculada incorretamente: ω·r = 3,0·0,50 = 1,50 m/s.
• ❌ C) μ = 1,0. A velocidade angular, por si só, não determina o coeficiente; é preciso usar também o raio e a gravidade.
• ❌ D) F_c = m·g. A força centrípeta não é automaticamente igual ao peso; depende da velocidade e do raio da trajetória.
• ✅ E) v = ω·r = 1,50 m/s; μ = v²/(r·g) = (1,50²)/(0,50·10) = 0,45. A aceleração centrípeta é 4,5 m/s² e, dividindo-a por g, encontramos o coeficiente mínimo 0,45.

Próximos passos para sua sequência

Você pode usar os exercícios em uma sequência gradual: comece por peso e atrito em situações horizontais, avance para a relação entre atrito e aceleração e encerre com o movimento circular. Para ampliar o planejamento, consulte as questões da habilidade EM13CNT101. Também é possível montar uma avaliação com os itens escolhidos usando o gerador de provas do GeraProva ou criar uma conta pelo cadastro grátis.

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