Provão Paulista 2024 (1ª série, 2ª aplicação) — questão 29 de Física
Enunciado em texto
O diagrama de forças é uma representação visual das forças que atuam em um corpo com o objetivo de estudar seu movimento e as causas que o produzem ou modificam.
Suponha que uma bola de massa m se movimente no interior de um anel circular disposto verticalmente, mantendo uma velocidade linear constante e de módulo v sob uma aceleração centrípeta de intensidade a.
Considere, ainda, o posicionamento dessa bola em três situações distintas, como as apresentadas a seguir.
[Figura: três anéis circulares verticais iguais. Figura 1: a bola A está no ponto mais alto, encostada por dentro do anel. Figura 2: a bola B está no ponto mais à direita, encostada por dentro do anel. Figura 3: a bola C está no ponto mais baixo, encostada por dentro do anel.]
Sendo N a intensidade da força normal e P a intensidade da força peso, os vetores associados a essas forças, quando a bola se encontra nas posições A, B e C, estão respectivamente representados nos diagramas da alternativa
(A) [Diagramas: em A, para cima e para baixo, mais longo; em B, horizontal para a esquerda e para baixo; em C, para cima, longo, e para baixo, curto.]
(B) [Diagramas: em A, para baixo, curto, e para baixo, mais longo; em B, horizontal para a direita e para baixo; em C, para cima e para baixo.]
(C) [Diagramas: em A, para baixo, mais longo, e para baixo, mais curto; em B, horizontal para a esquerda e para baixo; em C, para cima, longo, e para baixo, curto.]
(D) [Diagramas: em A, para cima e para baixo; em B, horizontal para a esquerda e também horizontal para a esquerda, mais curto; em C, para baixo, curto, e para baixo, mais longo.]
(E) [Diagramas: em A, para cima e para baixo; em B, para baixo, longo, e para baixo, curto; em C, horizontal para a esquerda e para baixo.]
(Enunciado e figura: Provão Paulista Seriado 2024, 2ª aplicação — SEDUC-SP/Vunesp.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Secretaria da Educação do Estado de São Paulo (SEDUC-SP) e à Fundação VUNESP.
Resolução comentada
O que a questão pede: desenhar corretamente o peso e a força normal sobre a bola no alto (A), na lateral (B) e embaixo (C) do anel.
Passo 1 — o peso. O peso é a atração da Terra: aponta sempre para baixo, na vertical, em qualquer posição. Isso já elimina (B), que põe o peso para cima em C, (D), que põe o peso na horizontal em B, e (E), que põe o peso na horizontal em C.
Passo 2 — a normal. A normal é a força de contato que o anel faz na bola. Ela é perpendicular à superfície do anel e, como a bola está por dentro do anel, o anel só consegue empurrar a bola para dentro, ou seja, para o centro do círculo. Então:
• em A (no alto), o centro está abaixo da bola: a normal aponta para baixo;
• em B (na lateral direita), o centro está à esquerda: a normal aponta para a esquerda;
• em C (embaixo), o centro está acima: a normal aponta para cima.
A alternativa (A) erra a normal em A (desenhada para cima, como se a bola estivesse apoiada por fora). Só a alternativa C tem as três normais apontando para o centro.
Conferindo os tamanhos em C. No ponto mais baixo, a bola faz curva para cima, então a resultante tem que apontar para cima (para o centro): . Logo a normal é maior que o peso, como no desenho da alternativa C. No ponto mais alto, as duas forças apontam para o centro e somam: ; a normal pode ser menor que o peso, como no desenho, desde que a bola tenha velocidade suficiente para não se descolar do anel.
Um detalhe: para a velocidade ficar realmente constante na posição B, onde o peso é tangente à trajetória, seria preciso mais alguma força ao longo da trajetória (atrito, um motor...). A questão só pede o peso e a normal, que é o que analisamos.
⚠️ A armadilha: achar que a normal é sempre “para cima”, porque é assim quando a gente está apoiado no chão. A normal é perpendicular à superfície de contato e aponta para fora dela, empurrando o corpo; no alto do anel, isso é para baixo. Quem pensa “normal sempre para cima” marca a alternativa A.
A ideia em uma frase: o peso aponta sempre para baixo; a normal de um anel sobre uma bola que corre por dentro aponta sempre para o centro.
Resposta: alternativa C (normal sempre para o centro do anel; peso sempre para baixo).
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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