Questão 107 — ENEM 2023 PPL
Dois operários deslizam uma pedra, para cima, sobre uma superfície inclinada com velocidade constante. Um deles puxa a pedra utilizando uma corda, enquanto o outro a empurra, conforme a figura. No instante em que a pedra desliza sobre a posição B, apesar da força de atrito fᵇ exercida pela superfície, os pés dos operários não deslizam nas posições A e C, por causa, respectivamente, das forças de atrito fᴀ e fᴄ, exercidas sobre esses pés.
O diagrama que representa os sentidos das forças de atrito exercidas pela superfície da rampa nas posições A, B e C é:
Alternativas
Resolução
Ficha da Questão
- Matérias necessárias: Física → Dinâmica (leis de Newton) + Atrito (cinético x estático) + 3ª Lei (ação-reação) + Plano inclinado.
- Nível: Médio — exige diferenciar duas situações no mesmo problema:
1. Pedra escorregando → atrito cinético, sempre contra o movimento.
2. Pés dos operários não escorregando → atrito estático, contra a tendência de deslizamento.
- Tema/Habilidade BNCC: forças de atrito e equilíbrio de forças em superfícies inclinadas.
- Gabarito: C.
Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando
- Comando reformulado: "Em qual diagrama os sentidos das forças de atrito estão corretos nas três posições (A = pé do operário que empurra, B = pedra que desliza, C = pé do operário que puxa)?"
- Palavras-chave decisivas: velocidade constante (equilíbrio dinâmico), pedra desliza para cima, pés não deslizam.
- Armadilha típica: inverter f_B (supor que o atrito na pedra aponta para cima como o movimento) ou pôr f_A para baixo da rampa.
- Critério de acerto:
- f_B: atrito cinético contra o movimento da pedra — pedra sobe, atrito desce (para baixo da rampa).
- f_A e f_C: atrito estático no pé contra a tendência do pé de escorregar — para cima da rampa nos dois casos.
Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais
- Atrito cinético: ocorre quando há movimento relativo entre as superfícies; módulo = μ_c · N; sentido oposto ao movimento.
- Atrito estático: ocorre quando não há movimento relativo; módulo variável (até μ_s · N); sentido oposto à tendência de movimento.
- Análise das forças nos pés dos operários (ação-reação):
- O operário A empurra a pedra para cima da rampa → pela 3ª Lei, a pedra empurra o corpo do operário A para baixo da rampa. O corpo de A tende a escorregar para baixo → atrito estático no pé de A aponta para cima da rampa (impede o deslizamento).
- O operário C puxa a pedra para cima via corda → a corda puxa C para baixo da rampa com a mesma tensão. C tende a escorregar para baixo → atrito estático no pé de C aponta para cima da rampa.
- Pedra em B: movimento ascendente paralelo à rampa → atrito cinético é antiparalelo ao movimento → para baixo da rampa.
Passo 3 — Decodificação do Enunciado
- Evidência 1: "deslizam uma pedra, para cima, sobre uma superfície inclinada" → pedra em movimento ascendente na rampa.
- Evidência 2: "velocidade constante" → equilíbrio de forças na pedra (F líquida = 0).
- Evidência 3: "os pés dos operários não deslizam" → atrito estático nos pés, suficiente para mantê-los parados.
- Evidência 4: figura mostra A à esquerda (embaixo, empurrando) e C à direita (em cima, puxando a corda).
- Síntese: diagrama correto — f_A para cima (rampa), f_B para baixo (rampa), f_C para cima (rampa). É a descrição do diagrama C.
Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)
Subpasso 4.1 — Atrito cinético na pedra (posição B)
- Movimento: ascendente ao longo da rampa.
- Atrito cinético atua na superfície de contato pedra-rampa, contra o movimento.
- Sentido: para baixo da rampa (descendente).
Subpasso 4.2 — Atrito estático no pé do operário A (empurrando)
- Força do operário sobre a pedra: para cima da rampa.
- Reação da pedra sobre o operário: para baixo da rampa.
- Para ele não ser empurrado para trás, o chão exerce força de atrito estático para cima da rampa no seu pé.
Subpasso 4.3 — Atrito estático no pé do operário C (puxando)
- Força da corda sobre a pedra: para cima da rampa (tensão).
- Reação da corda sobre o operário C: para baixo da rampa (a corda puxa C para trás).
- Para ele não ser arrastado para baixo, o chão exerce atrito estático para cima da rampa no seu pé.
Subpasso 4.4 — Consolidação
- f_A: ↗ (para cima da rampa)
- f_B: ↙ (para baixo da rampa — contra o movimento ascendente da pedra)
- f_C: ↗ (para cima da rampa)
- Entre as cinco opções, apenas o diagrama C respeita essa configuração.
Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas
A) Diagrama A.
❌ Incorreta. Provavelmente inverte f_A (põe o atrito estático do operário que empurra na direção errada).
B) Diagrama B.
❌ Incorreta. Possivelmente inverte f_B (atrito na pedra no sentido do movimento, violando o atrito cinético).
C) Diagrama C. ✅ Correta.
f_A ↗, f_B ↙, f_C ↗ — consistente com: atrito cinético contra movimento da pedra; atrito estático nos pés contra tendência de deslizar para baixo.
D) Diagrama D.
❌ Incorreta. Provavelmente inverte f_C (coloca atrito no pé do operário que puxa para baixo da rampa).
E) Diagrama E.
❌ Incorreta. Combinação inconsistente dos sentidos das três forças.
🏆 Gabarito: C — f_A ↗, f_B ↙, f_C ↗.
Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova
- Reafirmação: separar atrito cinético (contra o movimento) de atrito estático (contra a tendência). Na pedra (B), usa cinético; nos pés (A e C), estático.
- Padrão de cobrança ENEM: atrito em rampa/cunha é clássico; chave é identificar o que se move e o que tem tendência de se mover.
- Generalização: Regra do atrito pelo papel — se a superfície está em movimento, atrito cinético contra o movimento; se não está, atrito estático contra a tendência (determinada pelas demais forças na superfície).
- Dica de eliminação: desenhar as três forças no rascunho; qualquer diagrama que inverta uma delas está errado. Atrito estático no pé de quem empurra ou puxa para cima é sempre para cima da rampa (a menos que a inclinação seja tão negativa que invertesse a tendência).
- Conexões: 3ª Lei de Newton (ação-reação), equilíbrio dinâmico, μ_s > μ_c em geral, inércia estática.