Questão 121 do ENEM 2024 — Ciências da Natureza

Para descobrir a força resultante que o chão exerce sobre Calvin, precisamos primeiro entender a direção e o sentido do movimento dele no instante do impacto, com base na situação descrita e ilustrada na tirinha.

Análise do Movimento

Calvin estava se divertindo em um balanço e se soltou dele, passando a cair. Ao se soltar do balanço, ele não cai em linha reta na vertical: continua com uma componente de velocidade horizontal (herdada do movimento do balanço) e, ao mesmo tempo, é acelerado para baixo pela gravidade.

Assim, no momento em que toca o chão, o vetor velocidade de Calvin ($\vec{v}$) aponta na diagonal, combinando uma componente horizontal com uma componente vertical para baixo.

As Forças de Reação do Chão

Quando Calvin colide com o solo, o chão exerce forças de contato que se opõem ao seu movimento. Podemos decompor essa reação em duas forças fundamentais:

1. Força Normal ($\vec{N}$): como Calvin está descendo, o chão o empurra na direção perpendicular à superfície para impedir que ele afunde. A Força Normal aponta, portanto, verticalmente para cima.
2. Força de Atrito ($\vec{F}_{at}$): como Calvin chega ao chão com uma componente de velocidade horizontal, ele tende a escorregar nesse sentido. A força de atrito sempre atua no sentido oposto à tendência de escorregamento, ou seja, horizontal e contrária à componente horizontal da velocidade.

A Força Resultante

A questão pede o vetor que representa a força total (resultante) exercida pelo chão, que é a soma vetorial da Força Normal com a Força de Atrito:

$\vec{F}_{resultante} = \vec{N} + \vec{F}_{at}$

Somando um vetor vertical para cima ($\vec{N}$) com um vetor horizontal ($\vec{F}_{at}$) contrário à velocidade horizontal de impacto, obtemos um vetor na diagonal, apontando para cima. Em outras palavras, a força do chão se opõe ao movimento de queda (por isso tem componente para cima) e à tendência de escorregar (por isso tem componente horizontal contrária ao deslizamento).

Entre as alternativas, deve-se escolher a seta que representa exatamente essa força diagonal para cima, resultante da soma da normal com o atrito. A armadilha da questão é considerar apenas a normal (esquecendo o atrito) ou apenas o atrito (esquecendo a normal), ou ainda inverter o sentido do atrito, colocando-o no mesmo sentido da velocidade em vez de contrário a ela. O gabarito é a alternativa A.