Em uma aula de Física, estudantes investigaram a Segunda Lei de Newton usando um carrinho de massa 2,0 kg, em…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Elaborar explicações, previsões e cálculos a respeito dos movimentos de objetos na Terra, no Sistema Solar e no Universo com base na análise das interações gravitacionais, com ou sem o uso de dispositivos e aplicativos digitais (como softwares de simulação e de realidade virtual, entre outros).
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Em uma aula de Física, estudantes investigaram a Segunda Lei de Newton usando um carrinho de massa 2,0 kg, em uma pista horizontal com atrito desprezível. Um sensor foi ajustado para medir a força resultante horizontal sobre o carrinho. Ao variar essa força, obtiveram os dados representados no gráfico, cuja relação pode ser descrita pelos pares força resultante–aceleração: (0 N, 0 m/s²), (4 N, 2 m/s²), (8 N, 4 m/s²) e (12 N, 6 m/s²). Os pontos formam uma reta que passa pela origem. Com base nos dados do experimento, qual é a aceleração do carrinho quando a força resultante horizontal vale 10 N e qual relação entre essas grandezas é indicada pelo gráfico?
- A) A aceleração é 10,0 m/s², e o gráfico indica proporcionalidade direta entre força resultante e aceleração.
- B) A aceleração é 5,0 m/s², e o gráfico indica proporcionalidade direta entre força resultante e aceleração.
- C) A aceleração é 2,0 m/s², e o gráfico indica proporcionalidade direta entre força resultante e aceleração.
- D) A aceleração é 20,0 m/s², e o gráfico indica proporcionalidade direta entre força resultante e aceleração.
- E) A aceleração é 12,0 m/s², e o gráfico indica proporcionalidade direta entre força resultante e aceleração.
✅ Resposta correta: alternativa B
Resolução passo a passo
- Identifique os dados. A massa do carrinho é m = 2,0 kg e a força resultante é F = 10 N. O enunciado informa os pares (0 N, 0 m/s²), (4 N, 2 m/s²), (8 N, 4 m/s²) e (12 N, 6 m/s²).
- Verifique a relação entre os pares. Ao dividir a força pela aceleração em cada ponto, obtém-se 4/2 = 2, 8/4 = 2 e 12/6 = 2. Esse quociente constante é a massa, 2 kg, o que mostra que F/a é constante.
- Aplique a Segunda Lei de Newton, F = m·a. Isolando a, temos a = F/m = 10 N / 2,0 kg = 5,0 m/s².
- Confirme pelo gráfico. A reta passa pela origem e tem inclinação 0,5 (aceleração por newton). Para F = 10 N, a = 0,5 × 10 = 5,0 m/s².
- Analise a relação. Como a reta passa pela origem e a razão F/a é constante, a aceleração é diretamente proporcional à força resultante. Dobrar a força dobra a aceleração.
- Avalie as alternativas erradas. A alternativa A confunde a força com a aceleração. A alternativa C copia um valor de ponto do gráfico em vez de calcular para 10 N. A alternativa D multiplica a força pela massa, o que inverte a relação. A alternativa E usa o valor 12 N, que é a força máxima do gráfico, e não a aceleração correspondente.
- Conclusão: a alternativa correta é a B, com a = 5,0 m/s² e proporcionalidade direta entre F e a.
💡 Dica: Use a segunda lei de Newton para calcular a aceleração.
Alternativa por alternativa
O aluno tomou o valor da força (10 N) como sendo a aceleração, sem aplicar a Segunda Lei de Newton. Ele trata as duas grandezas como se fossem a mesma coisa.
Pela Segunda Lei de Newton, F_resultante = m·a. Assim, a = 10 N ÷ 2,0 kg = 5,0 m/s². Além disso, os dados mostram que, quando a força resultante aumenta na mesma proporção, a aceleração também aumenta, caracterizando uma proporcionalidade direta e uma reta que passa pela origem.
O aluno copiou a aceleração de um ponto já representado no gráfico (2 m/s² para 4 N) em vez de calcular a aceleração para a força de 10 N. Ele não percebeu que a aceleração muda com a força.
O aluno multiplicou a força pela massa (10 × 2 = 20) em vez de dividir. Ele inverteu a relação F = m·a, isolando a de forma errada.
O aluno usou o valor máximo de força do gráfico (12 N) como aceleração, ou dobrou a aceleração de 6 m/s² do último ponto. Ele não conectou corretamente o valor 10 N à massa de 2 kg.
Raio-X da questão
força e aceleração
avaliacao
segunda lei de Newton · força e massa
Revisar a segunda lei de Newton e a interpretação de gráficos.
Confundir a relação entre força e aceleração, aplicando a fórmula incorretamente ou não considerando a massa do objeto.
ciencia_tecnologia
tomada_decisao
cientifico
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