Em um projeto de bicicleta para uso urbano, uma equipe comparou materiais considerando a massa e a resistência…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Analisar as propriedades dos materiais para avaliar a adequação de seu uso em diferentes aplicações (industriais, cotidianas, arquitetônicas ou tecnológicas) e/ ou propor soluções seguras e sustentáveis considerando seu contexto local e cotidiano.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Em um projeto de bicicleta para uso urbano, uma equipe comparou materiais considerando a massa e a resistência à tração. A tabela foi organizada com a densidade, que indica a massa por unidade de volume, e a resistência à tração, que indica a tensão máxima suportada antes da ruptura: fibra de carbono: densidade de 1,6 g/cm³ e resistência de 3 500 MPa; aço estrutural: 7,8 g/cm³ e 500 MPa; concreto: 2,4 g/cm³ e 4 MPa; alumínio: 2,7 g/cm³ e 300 MPa; plástico comum: 0,95 g/cm³ e 50 MPa. Para comparar materiais leves e resistentes, a equipe decidiu usar a razão entre a resistência à tração e a densidade. Com base nos dados, qual material apresenta a maior razão entre resistência à tração e densidade, sendo a opção mais adequada quando se busca combinar baixo peso e alta resistência?
- A) Alumínio
- B) Plástico comum
- C) Fibra de carbono
- D) Aço estrutural
- E) Concreto
✅ Resposta correta: alternativa C
Resolução passo a passo
- Para comparar materiais leves e resistentes, calcule para cada um a razão resistência à tração / densidade, usando sempre os mesmos valores da tabela (MPa divididos por g/cm³). Quanto maior o resultado, melhor a combinação de alta resistência com baixo peso.
- Fibra de carbono: 3500 / 1,6 = 2187,5. Este é o maior valor entre os materiais.
- Alumínio: 300 / 2,7 ≈ 111,1. Tem o segundo maior valor, mas fica muito abaixo da fibra de carbono.
- Aço estrutural: 500 / 7,8 ≈ 64,1. Apesar da alta resistência absoluta, sua densidade elevada reduz a razão.
- Plástico comum: 50 / 0,95 ≈ 52,6. Tem a menor densidade, mas sua resistência é baixa, o que derruba a razão.
- Concreto: 4 / 2,4 ≈ 1,7. Tem o menor valor, pois combina resistência baixa com densidade relativamente alta.
- Conclusão: a maior razão é da fibra de carbono (cerca de 2187,5), que é a opção mais adequada para baixo peso e alta resistência. Portanto, a alternativa C está correta e coincide com o gabarito oficial. Alumínio, plástico, aço e concreto ficam abaixo dela na comparação feita.
💡 Dica: Pense nas propriedades dos materiais utilizados na tecnologia.
Alternativa por alternativa
O aluno associa o alumínio à leveza e ao uso comum em bicicletas e não calcula a razão para os demais materiais, assumindo que ele é a melhor escolha sem comparação numérica.
O aluno percebe que o plástico tem a menor densidade e conclui que ele é o mais leve e, portanto, o melhor, ignorando que sua resistência de 50 MPa é muito baixa para compensar.
A razão resistência/densidade da fibra de carbono é 3 500 ÷ 1,6 = 2 187,5 MPa·cm³/g, valor superior ao dos demais materiais. Assim, ela oferece a maior resistência à tração para cada unidade de massa, atendendo simultaneamente aos critérios de leveza e resistência.
O aluno considera apenas a resistência à tração absoluta, em que o aço (500 MPa) se destaca entre os metais, e não divide pela densidade, que é muito alta para o aço.
Por que engana: Confundir materiais comuns com materiais compósitos, escolhendo opções pesadas ou menos resistentes.
O aluno associa o concreto a materiais de construção resistentes e não percebe que sua resistência de 4 MPa é muito baixa e sua densidade é relativamente alta, o que resulta na menor razão.
Raio-X da questão
materiais leves e resistentes
avaliacao
propriedades dos materiais · materiais compósitos
Revisar as propriedades dos materiais utilizados em tecnologia.
Confundir materiais comuns com materiais compósitos, escolhendo opções pesadas ou menos resistentes.
ciencia_tecnologia
tomada_decisao
cientifico
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