Questão 131 do ENEM 2018 — Ciências da Natureza

Para resolver essa questão, precisamos analisar o que acontece com corpos em queda livre no vácuo, ou seja, em um ambiente onde não há resistência do ar (como na superfície da Lua).

Quando o astronauta solta o martelo e a pena, a única força que atua sobre cada um desses objetos é a força de atração gravitacional, que chamamos de força peso ($P$). Podemos aplicar a Segunda Lei de Newton, que nos diz que a força resultante ($F_R$) sobre um corpo é igual ao produto de sua massa ($m$) pela sua aceleração ($a$):

$F_R = m \cdot a$

Como a única força atuando é o peso, temos que $F_R = P$. Sabemos também que a força peso é calculada por:

$P = m \cdot g$

onde $g$ é a aceleração da gravidade local. Substituindo o peso na Segunda Lei de Newton, obtemos:

$m \cdot g = m \cdot a$

Podemos simplificar a massa ($m$) dos dois lados da equação, chegando a:

$a = g$

Essa equação nos mostra algo fundamental: a aceleração de um corpo em queda livre no vácuo não depende de sua massa. Ela é igual à aceleração da gravidade do local. Portanto, tanto o martelo de $1,32\text{ kg}$ quanto a pena de $30\text{ g}$ caem com a mesma aceleração.

Vamos analisar rapidamente por que as outras alternativas estão incorretas:

• Inércia: A inércia de um corpo é medida pela sua massa. Como as massas são diferentes, as inércias são diferentes.
• Impulso: O impulso da força peso é dado por $I = F \cdot \Delta t = m \cdot g \cdot \Delta t$. Como as massas são diferentes, os impulsos são diferentes.
• Trabalho: O trabalho realizado pela força peso é $\tau = m \cdot g \cdot h$. Depende da massa, logo, é diferente para os dois objetos.
• Energia potencial: A energia potencial gravitacional é $E_p = m \cdot g \cdot h$. Também depende da massa, sendo diferente para o martelo e para a pena.

Assim, a única grandeza física que é igual para ambos durante a queda é a aceleração.