Em uma atividade experimental, uma estudante prende uma pequena esfera a um fio e a faz girar sobre uma mesa…
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 atividade experimental, uma estudante prende uma pequena esfera a um fio e a faz girar sobre uma mesa horizontal, mantendo o fio esticado. O atrito entre a esfera e a mesa é desprezível. Enquanto o fio permanece preso, a esfera descreve uma trajetória circular. Quando o fio se rompe, a esfera deixa de acompanhar a curva e passa a se mover em linha reta, na direção instantânea de seu movimento. Considerando a situação descrita, qual afirmação identifica corretamente a força resultante que atuava sobre a esfera imediatamente antes do rompimento do fio e sua direção?
- A) A força resultante era centrífuga e apontava para fora da trajetória.
- B) A força resultante era de atrito e apontava contra o movimento.
- C) A força resultante era gravitacional e apontava verticalmente para baixo.
- D) A força resultante era centrípeta e apontava para o centro da trajetória.
- E) A força resultante era tangencial e apontava no sentido do movimento.
✅ Resposta correta: alternativa D
Resolução passo a passo
- Enquanto o fio está preso, a esfera descreve um movimento circular com rapidez praticamente constante, mas com direção da velocidade mudando continuamente. Como a mesa é horizontal e o atrito é desprezível, o peso é equilibrado pela força normal da mesa, na vertical. Na horizontal, a única força atuando sobre a esfera é a tensão do fio. Passo 2: A tensão do fio atua ao longo do próprio fio, puxando a esfera em direção ao centro da trajetória. Essa força é a resultante que faz a esfera curvar, ou seja, ela é a força centrípeta, responsável por mudar a direção da velocidade e não o seu módulo. Passo 3: No instante imediatamente antes do rompimento, a resultante aponta para o centro da circunferência. Quando o fio se rompe, essa força deixa de existir e, pela primeira lei de Newton, a esfera mantém sua velocidade e segue em linha reta na direção tangente à trajetória naquele instante. Passo 4: Por que as outras alternativas estão erradas: A) a força centrífuga não atua sobre a esfera como força real; ela aparece apenas em um referencial acompanhando a esfera, que não é inercial. B) não há atrito relevante, pois o enunciado diz que o atrito é desprezível. C) o peso é vertical, mas é equilibrado pela normal da mesa e não é a resultante que curva a trajetória. E) uma força tangencial no sentido do movimento alteraria o módulo da velocidade, mas o movimento circular ocorre com rapidez aproximadamente constante. Passo 5: Conclusão: a resultante é centrípeta e aponta para o centro da trajetória, confirmando o gabarito D.
💡 Dica: Identifique a força centrípeta e sua direção.
Alternativa por alternativa
Confunde a força centrípeta, que é real e dirigida ao centro, com uma suposta força centrífuga que empurra o corpo para fora. O aluno trata a tendência do corpo de escapar como se fosse uma força atuando sobre ele.
Por que engana: Confundir a força centrípeta com a força gravitacional, acreditando que a gravidade é a única força atuando no movimento circular.
Imagina que sempre existe atrito em movimentos reais e o associa à curva, ignorando que o enunciado afirma que o atrito é desprezível. Também pode supor que algo precisa frear a esfera.
Acredita que a força que mantém o movimento deve ser o peso, pois a esfera é vista como algo que cai ou que está sujeito à gravidade. Não percebe que o peso é equilibrado pela normal da mesa e não produz a curva.
Para que a esfera permanecesse em uma trajetória circular, era necessária uma força resultante continuamente dirigida para o centro da circunferência. Nesse caso, essa força era fornecida pela tensão no fio. Após o rompimento, essa força deixou de atuar; a trajetória retilínea observada decorre da inércia, e não de uma força dirigida para fora.
Pensa que, para o corpo continuar se movendo, deve haver uma força empurrando-o no sentido do movimento. Assim, confunde manutenção do movimento com a existência de força resultante tangencial, que na verdade alteraria a rapidez.
Raio-X da questão
força centrípeta
diagnostico
força e movimento · circularidade
Revisar o conceito de força centrípeta e suas características.
Confundir a força centrípeta com a força gravitacional, acreditando que a gravidade é a única força atuando no movimento circular.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cotidiano
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