São Camilo 2024 (2º semestre) — questão 32 de Física
Enunciado em texto
Para se manterem em equilíbrio durante as manobras, os skatistas se utilizam, de forma intuitiva, de vários princípios da Física.
Considere que um skatista, durante uma manobra, aterrissou sobre o skate aplicando, com seus pés, forças verticais simultâneas e de mesma intensidade, e , exatamente nas regiões da prancha que ficam sobre o eixo das rodas, como mostra a figura.
[Figura: um skate visto de lado, movendo-se para a direita com velocidade (seta horizontal). Duas setas verticais, para baixo, de mesmo tamanho, tocam a prancha: , exatamente sobre o eixo das rodas de trás, e , exatamente sobre o eixo das rodas da frente.]
Nessa situação, o skate não girou e continuou a se mover horizontalmente, sem alterar sua velocidade, porque
(A) a resultante das forças que atuaram sobre o skate e a resultante dos momentos aplicados por essas forças foram nulas.
(B) houve conservação da energia mecânica, uma vez que a energia potencial elástica do skatista se transformou em energia cinética do skate.
(C) a resultante das forças que atuaram sobre o skate foi nula, mas a resultante dos momentos aplicados por essas forças foi diferente de zero.
(D) houve conservação da energia mecânica, uma vez que a energia cinética do skatista se transformou em energia potencial gravitacional do skate.
(E) a resultante dos momentos aplicados pelas forças que atuaram sobre o skate foi nula, mas a resultante dessas forças foi diferente de zero.
(Enunciado e figura: Vestibular São Camilo 2024 (2º semestre), Medicina, Prova II — São Camilo/Vunesp.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem ao Centro Universitário São Camilo e à Fundação VUNESP.
Resolução comentada
O que a questão pede: por que o skate não gira e mantém a velocidade, mesmo com o skatista pisando forte nele.
Passo 1 — as duas condições de equilíbrio de um corpo extenso. Para um corpo não mudar sua velocidade, a resultante das forças sobre ele tem de ser nula (1ª lei de Newton). Para não começar a girar, a soma dos momentos (torques) das forças também tem de ser nula.
Passo 2 — as forças sobre o skate. Os pés empurram a prancha para baixo exatamente em cima de cada eixo. O chão responde empurrando as rodas para cima, logo abaixo desses mesmos pontos, com forças que equilibram as dos pés (o peso do próprio skate é pequeno e também é sustentado pelo chão). Na vertical, a soma dá zero; na horizontal não há força, então a velocidade horizontal se mantém.
Passo 3 — os momentos. Cada força do pé está na mesma linha vertical que a força do chão sob ela, com sentido oposto: as duas formam um par que não produz giro. Além disso, e têm a mesma intensidade, então nenhuma ponta é empurrada mais que a outra. A soma dos momentos é zero, e o skate não gira.
Por que não as outras: (C) com momento resultante diferente de zero, o skate começaria a girar (empinar), contra o enunciado. (E) com força resultante diferente de zero, a velocidade mudaria. (B) e (D) falam em transformações de energia que mudariam o movimento: o skate seguiu com a mesma velocidade, então sua energia cinética não mudou; e conservação de energia não explica por que o corpo não gira.
⚠️ A armadilha: achar que basta a força resultante ser nula e aceitar a alternativa C. Num corpo extenso isso não basta: forças que se anulam mas estão em pontos diferentes podem fazê-lo girar. É preciso também momento resultante nulo.
A ideia em uma frase: corpo extenso em equilíbrio: força resultante nula (não acelera) e momento resultante nulo (não gira).
Resposta: alternativa A (resultante das forças e dos momentos nulas).
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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