FCM-MG 2017 — questão 41 de Física
Enunciado em texto
O brasileiro Arthur Zanetti tem se destacado no cenário da ginástica olímpica, especialmente na modalidade das argolas. As figuras destacam quatro posições clássicas dessa modalidade.
[Fotos: Posição 1 — o ginasta com o corpo todo na horizontal, de barriga para baixo, segurando as argolas na altura do quadril, com os braços estendidos ao lado do corpo (prancha). Posição 2 — o ginasta com o tronco vertical e as pernas estendidas para a frente, na horizontal (em “L”), com os braços abertos e as argolas na altura do quadril. Posição 3 — o ginasta pendurado com o corpo vertical e os braços abertos na horizontal, as argolas na altura dos ombros (crucifixo). Posição 4 — o ginasta de cabeça para baixo, apoiado com as mãos nas argolas e o corpo vertical acima delas (parada de mãos).]
Para que o ginasta, que será considerado como um corpo rígido, permaneça em equilíbrio nas posições indicadas, é necessário que
(A) o centro de massa do atleta esteja situado fora de seu corpo apenas na posição 4.
(B) o ginasta se encontre em condição de equilíbrio instável na posição 3 e equilíbrio estável em 4.
(C) a força das mãos aplicadas sobre as argolas seja superior ao peso do ginasta nas posições 2 e 3.
(D) a linha imaginária que liga suas mãos passe pelo centro de massa de seu corpo apenas na posição 1.
(Enunciado e figura: Vestibular FCM-MG 2017, Medicina — FCM-MG.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Faculdade Ciências Médicas de Minas Gerais (FCM-MG).
Resolução comentada
O que a questão pede: qual condição de equilíbrio de corpo rígido descreve corretamente as quatro posições.
Passo 1 — as duas condições de equilíbrio. Sobre o ginasta agem só o peso (aplicado no centro de massa) e as forças das argolas (aplicadas nas mãos). Para ficar parado, a soma das forças tem de ser zero e a soma dos torques também. Como as argolas pendem de cabos praticamente verticais, as forças nas mãos são verticais e, juntas, valem exatamente o peso.
Passo 2 — onde fica o centro de massa. Para o torque do peso ser nulo em relação às mãos, o centro de massa tem de estar na mesma vertical das mãos (acima, abaixo ou na própria linha das mãos). Na posição 1 (prancha), o corpo está deitado na horizontal e as mãos estão ao lado do quadril, na mesma altura do corpo: a linha que liga as mãos atravessa o corpo e passa pelo centro de massa. Na posição 3 o centro de massa fica bem abaixo dessa linha (as mãos estão na altura dos ombros); na posição 4 fica bem acima (o corpo está em pé sobre as mãos); na posição 2, com as pernas esticadas à frente, o centro de massa fica à frente do quadril e abaixo das mãos. Só na posição 1 a linha das mãos passa pelo centro de massa: é a alternativa D.
Por que não as outras:
(A) Na parada de mãos (posição 4) o corpo está esticado e o centro de massa fica dentro dele, perto do quadril. Se alguma posição tem o centro de massa fora do corpo, é a do “L” (posição 2), em que o corpo forma um ângulo.
(B) É o contrário. Na posição 3 o centro de massa está abaixo do apoio: se o corpo balançar, o peso o traz de volta (equilíbrio estável, como um pêndulo). Na posição 4 o centro de massa está acima do apoio: qualquer desvio faz o peso derrubá-lo (equilíbrio instável), e o atleta precisa corrigir o tempo todo.
(C) Em equilíbrio a resultante é zero: a soma das forças que as argolas fazem nas mãos é igual ao peso, e pela terceira lei de Newton a soma das forças das mãos sobre as argolas também vale o peso, não mais. O que é muito maior que o peso nessas posições é a força que os músculos fazem dentro do corpo, mas essa não é a força das mãos sobre as argolas.
⚠️ A armadilha: marcar C pensando no esforço enorme do crucifixo. O esforço é muscular (torques internos em ombros e braços); a força externa nas argolas continua igual ao peso.
A ideia em uma frase: um corpo apoiado só por forças verticais fica em equilíbrio quando o centro de massa está na vertical dos apoios; abaixo deles o equilíbrio é estável, acima é instável.
Resposta: alternativa D (a linha das mãos passa pelo centro de massa só na posição 1).
Vídeo em breve
A resolução em vídeo desta questão ainda não foi gravada. A explicação escrita acima está completa, passo a passo. Novos vídeos saem no canal do Professor Filatte.
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