Considere um trilho de via férrea horizontal com dois terços de sua extensão em linha reta e o restante…
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
Considere um trilho de via férrea horizontal com dois terços de sua extensão em linha reta e o restante formando um arco de círculo. Considere que o comprimento total da via e o raio de curvatura do trecho curvo são muito maiores do que a distância entre os trilhos. Suponha que, nessa via, um vagão trafega com velocidade constante (em módulo), e que seu tamanho é muito pequeno comparado à extensão da via. Considere que eventuais deslizamentos entre as rodas do vagão e os trilhos sejam tão pequenos que possam ser desprezados. Despreze também os atritos. Sobre as forças horizontais nos trilhos no ponto da passagem do vagão, é correto afirmar que no trecho reto (UECE 2017)
- A) e no trecho curvo são sempre tangentes aos trilhos.
- B) e no trecho curvo são sempre perpendiculares aos trilhos.
- C) são nulas e no trecho sinuoso há forças perpendiculares aos trilhos.
- D) são nulas e no trecho sinuoso há forças tangentes aos trilhos.
✅ Resposta correta: alternativa C
Resolução passo a passo
- O vagão se move com velocidade de módulo constante. Como os atritos são desprezados e não há aceleração tangencial, não é preciso nenhuma força na direção do movimento. No trecho reto, a aceleração é nula, então a força horizontal que o vagão exerce sobre os trilhos também é nula. Passo 2: No trecho curvo, a velocidade muda de direção continuamente, pois o vagão faz uma curva. Há aceleração centrípeta, dirigida para o centro da curva, e ela precisa ser fornecida pelos trilhos através do contato lateral das rodas (friso). Passo 3: Pela terceira lei de Newton, as rodas empurram os trilhos com força de mesma intensidade e sentido oposto, para fora da curva. Essa força é radial, ou seja, perpendicular à tangente do trilho naquele ponto, que é a direção do movimento. Passo 4: Logo, no trecho reto as forças são nulas e no trecho curvo há forças perpendiculares aos trilhos. A alternativa C está correta. O enunciado escreve sinuoso, mas o sentido é de trecho curvo. Passo 5: A alternativa A está errada, porque no trecho curvo a força é perpendicular, e não tangente, aos trilhos. A alternativa B está errada, porque no trecho reto a força é nula, e não perpendicular. A alternativa D está errada, porque no trecho curvo a força é perpendicular aos trilhos, não tangente.
💡 Dica: Analise as forças atuantes no trecho reto considerando movimento com velocidade constante e ausência de atrito.
Alternativa por alternativa
O aluno associa a força à direção da velocidade, que é tangente ao trilho, e acha que a força lateral nas curvas também deve ser tangente. Ele também pode supor que existe força na direção do movimento no trecho reto.
O aluno acha que o trem sempre empurra os trilhos lateralmente, mesmo em linha reta, por senso comum de que um veículo pressiona os trilhos o tempo todo. Ele ignora que, sem aceleração, não há força horizontal necessária.
CORRETA. No trecho reto, não há aceleração centrípeta, portanto as forças horizontais nos trilhos são nulas; no trecho curvo, existe força centrípeta que atua perpendicularmente aos trilhos.
O aluno acerta que no trecho reto não há força, mas acredita que, na curva, a força é tangente aos trilhos, como se fosse uma força de propulsão ou de atrito na direção do movimento. Ele não percebe que a força centrípeta é radial.
Raio-X da questão
forças em movimento circular e retilíneo
diagnostico
movimento retilíneo uniforme · força centrípeta
Estude as forças em movimento retilíneo e circular, incluindo forças normais e centrípetas.
Confundir a ausência de força centrípeta no trecho reto com a inexistência de forças horizontais nos trilhos.
pensamento_critico
cientifico
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