UFRGS 2020 — questão 8 de Física
Enunciado em texto
A figura abaixo representa um pêndulo cônico: um pequeno corpo de massa m, preso à extremidade de um fio, gira, descrevendo uma circunferência horizontal com velocidade constante em módulo, e o fio forma um ângulo θ com a vertical.
[Figura: um fio preso no teto desce inclinado, formando o ângulo θ com a vertical tracejada, até o corpo de massa m, que percorre uma circunferência horizontal. No corpo estão desenhadas a tração T, ao longo do fio, apontando para o ponto de suspensão, e o peso P, vertical para baixo. Um tracejado horizontal liga o corpo ao centro da circunferência.]
T e P são, respectivamente, a força de tração, exercida pelo fio, e a força peso.
Considere as afirmações sobre o trabalho realizado por essas forças.
I - O trabalho realizado pela componente vertical da força de tração, |T|cosθ, é nulo.
II - O trabalho realizado pela componente radial da força de tração, |T|senθ, é nulo.
III- O trabalho realizado pela força P é nulo.
Quais estão corretas?
(A) Apenas I.
(B) Apenas II.
(C) Apenas I e III.
(D) Apenas II e III.
(E) I, II e III.
(Enunciado e figura: Concurso Vestibular UFRGS 2020, Física — UFRGS.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), Comissão Permanente de Seleção (COPERSE).
Resolução comentada
O que a questão pede: quais forças (ou componentes) realizam trabalho no movimento circular uniforme do pêndulo cônico.
Passo 1 — a regra. Trabalho é força vezes deslocamento vezes o cosseno do ângulo entre eles. Força perpendicular ao deslocamento não realiza trabalho:
Passo 2 — a direção do deslocamento. O corpo anda numa circunferência horizontal: a cada instante, ele se desloca na direção da tangente à circunferência, que é horizontal e perpendicular ao raio.
I — verdadeira. A componente vertical da tração (T cos θ) é vertical; o deslocamento é horizontal. Ângulo de 90°: trabalho nulo.
II — verdadeira. A componente radial (T sen θ) aponta para o centro; o deslocamento é tangente. Também 90°: trabalho nulo. É a força centrípeta, que muda a direção da velocidade, não o módulo.
III — verdadeira. O peso é vertical, e a altura do corpo não muda. Trabalho nulo.
Conferindo pela energia: a velocidade tem módulo constante (energia cinética constante) e a altura não muda. Pelo teorema da energia cinética, o trabalho total é zero — e, como cada força já é perpendicular ao movimento, cada uma faz trabalho zero.
⚠️ A armadilha: achar que a componente radial “faz o corpo girar” e, por isso, realiza trabalho (o que levaria a descartar II). A força centrípeta só curva a trajetória; sem componente ao longo do movimento, não transfere energia.
A ideia em uma frase: força perpendicular ao deslocamento não realiza trabalho — e no pêndulo cônico todas as forças são perpendiculares à velocidade.
Resposta: alternativa E (I, II e III).
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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