Questão 104 do ENEM 2018 — Ciências da Natureza

Para resolver esta questão, analisamos o princípio de funcionamento das alavancas, baseado no conceito de torque (ou momento de uma força).

O princípio das alavancas

O torque ($M$) mede a tendência de uma força provocar rotação em torno de um eixo (ponto de apoio). Ele é o produto da força ($F$) pela distância dessa força ao eixo ($d$), chamada braço de alavanca:

$M = F \cdot d$

Em uma alavanca em equilíbrio, o torque da força que aplicamos (força potente, $F_p$) iguala o torque da força que queremos vencer (força resistente, $F_r$):

$F_p \cdot d_p = F_r \cdot d_r$

em que $d_p$ é o braço da potência e $d_r$ o braço da resistência.

O que a questão pede

Queremos o objeto em que a força potente é maior que a resistente ($F_p > F_r$). Pela relação de equilíbrio, isso só acontece quando o braço de potência é menor que o de resistência ($d_p < d_r$): a mão que aplica a força fica mais perto do eixo do que o ponto onde atua a resistência.

Classificando as ferramentas

Cada objeto do exemplo tem um tipo característico de alavanca:

• Alicate: alavanca interfixa (apoio no meio). Como regra geral, seguramos nos cabos e o objeto fica na boca, junto ao eixo, de modo que o braço de potência costuma ser maior — a ferramenta multiplica a força e fazemos menos força que a resistência ($F_p < F_r$).
• Quebra-nozes, carrinho de mão e abridor de garrafa: tipicamente alavancas inter-resistentes (a resistência fica entre o apoio e a potência). Nesses casos o braço de potência costuma ser maior que o de resistência, de forma que aplicamos uma força potente menor que a resistente ($F_p < F_r$) — por isso essas ferramentas facilitam o trabalho.
• Pinça: alavanca interpotente (a potência fica entre o apoio e a resistência). O apoio está na dobra que une as hastes, a resistência fica nas pontas e nós apertamos entre esses dois pontos. Assim, o braço de potência é menor que o de resistência.

Conclusão

Na pinça, por ser interpotente, o braço da força que aplicamos é menor que o braço da resistência ($d_p < d_r$). Pela relação $F_p \cdot d_p = F_r \cdot d_r$, com $d_p$ menor precisamos de uma força potente maior para equilibrar: $F_p > F_r$. Por isso, com a pinça gastamos mais força muscular, ganhando em troca precisão e delicadeza. A resposta é a alternativa A.