Questão 113 do ENEM 2020 — Ciências da Natureza

O movimento no mundo real

A questão nos convida a abandonar a "física dos desenhos animados" e analisar o que de fato acontece quando um objeto é lançado horizontalmente da beira de uma mesa. Para descobrir a trajetória correta da bolinha, precisamos entender os movimentos envolvidos no instante em que ela perde o contato com a superfície.

O Princípio da Independência dos Movimentos

Ao abandonar a mesa, o movimento da bolinha passa a ser a composição de dois movimentos simultâneos e independentes. Esse conceito clássico da cinemática, o Princípio da Independência dos Movimentos, foi formulado por Galileu. Vamos analisar cada eixo:

Na direção horizontal: pela Primeira Lei de Newton (Princípio da Inércia), sem força resultante o corpo mantém a velocidade. Desconsiderando a resistência do ar, nada atua na horizontal, então a bolinha segue avançando com a mesma velocidade inicial $V_0$. É um Movimento Retilíneo Uniforme (MRU).

Na direção vertical: ao sair da mesa, a bolinha perde o apoio e a força peso passa a agir. Ela começa a cair com velocidade vertical nula, mas ganha velocidade continuamente por causa da aceleração da gravidade $g$. É um Movimento Retilíneo Uniformemente Variado (MRUV), como uma queda livre.

A formação da trajetória

A trajetória observada é a soma geométrica desses dois movimentos. Pense na cena quadro a quadro: a cada intervalo de tempo a bolinha avança sempre a mesma distância para a frente (velocidade horizontal constante), mas cai uma distância cada vez maior (está acelerando na vertical).

Essa combinação — avanço constante na horizontal com queda cada vez mais rápida na vertical — produz uma curva suave que começa quase horizontal e vai ficando cada vez mais inclinada para baixo. Como a posição vertical cresce com o quadrado do tempo, a curva descrita é uma parábola.

Analisando as alternativas

A trajetória fisicamente correta é o arco de parábola, descendo com concavidade voltada para baixo: sai da mesa quase na horizontal e vai se curvando cada vez mais para baixo até atingir o solo. Essa é a Alternativa D.

As demais representam situações impossíveis para esse lançamento:

• Uma que mostra a bolinha seguindo reta na horizontal por um trecho e só depois caindo em ângulo reto reproduz a "física dos desenhos animados", como se a gravidade esperasse para agir.
• Uma reta diagonal só seria possível se a velocidade de queda fosse constante, ignorando a aceleração da gravidade $g$.
• Uma queda puramente vertical violaria o Princípio da Inércia, como se a velocidade horizontal $V_0$ desaparecesse no instante em que a bolinha deixa a mesa.
• Uma curva com a concavidade invertida (mais inclinada no início e horizontal no fim) sugeriria absurdos, como a gravidade diminuindo com o tempo ou uma força empurrando a bolinha para frente.

Portanto, a Alternativa D é a única correta.