Questão 103 do ENEM 2022 — Ciências da Natureza

ENEM 2022Ciências da Natureza1ª aplicação

Tribologia é o estudo da interação entre duas superfícies em contato, como desgaste e atrito, sendo de extrema importância na avaliação de diferentes
produtos e de bens de consumo em geral. Para testar a conformidade de uma muleta, realiza-se um ensaio tribológico, pressionando-a verticalmente contra o piso com uma força \( \vec{F} \), conforme ilustra a imagem, em que CM representa o centro de massa da muleta.

Mantendo-se a força \( \vec{F} \) paralela à muleta, varia-se lentamente o ângulo entre a muleta e a vertical, até o máximo ângulo imediatamente anterior ao de escorregamento, denominado ângulo crítico. Esse ângulo também pode ser calculado a partir da identificação dos pontos de aplicação, da direção e do sentido das forças peso \(\left( \vec{P} \right)\), normal \( (\vec{N}) \) e de atrito estático \(\left( \vec{f_e} \right)\).

O esquema que representa corretamente todas as forças que atuam sobre a muleta quando ela atinge o ângulo crítico é:
A
B
C
D
Resposta correta
Gabarito oficial: alternativa E

Resolução comentada

A ideia central aqui é montar o diagrama de corpo livre da muleta no instante imediatamente anterior ao escorregamento, cuidando de três coisas em cada força: ponto de aplicação, direção e sentido. Vamos analisar força por força e depois procurar a figura coerente com essa análise.

A força aplicada (F⃗\vec{F})

O enunciado diz explicitamente que F⃗\vec{F} é mantida paralela à muleta. Como a muleta está inclinada em relação à vertical, F⃗\vec{F} também deve aparecer inclinada, acompanhando o eixo da muleta (e não na vertical). Esse é um vínculo dado pelo texto, não algo a deduzir.

A força peso (P⃗\vec{P})

O peso é a atração gravitacional da Terra sobre a muleta e aponta sempre verticalmente para baixo, qualquer que seja a inclinação. Em um corpo extenso, representamos o peso aplicado no centro de massa (CM). Logo, P⃗\vec{P} sai do CM e aponta para baixo.

A força normal (N⃗\vec{N})

A normal é a reação de contato que o piso exerce sobre a muleta. "Normal" significa perpendicular à superfície de apoio — e a superfície aqui é o chão horizontal, não a muleta. Portanto N⃗\vec{N} é vertical, para cima, aplicada no ponto de contato (a base da muleta). Uma armadilha clássica é inclinar a normal acompanhando a muleta; isso está errado, pois a normal obedece à geometria do piso.

A força de atrito estático (fe⃗\vec{f_e})

O atrito estático surge para impedir a tendência de escorregamento. Decompondo F⃗\vec{F} (que é paralela à muleta inclinada), obtemos uma componente que comprime a muleta contra o chão e uma componente horizontal. Essa componente horizontal tende a empurrar a base da muleta para um lado; o atrito, então, aponta no sentido oposto, na base, para impedir o deslize. Na configuração da figura, a tendência de deslize é para a esquerda, de modo que fe⃗\vec{f_e} aponta para a direita, também aplicado na base.

Resumo do diagrama correto

  • F⃗\vec{F}: paralela à muleta (inclinada).
  • P⃗\vec{P}: no CM, vertical para baixo.
  • N⃗\vec{N}: na base, vertical para cima.
  • fe⃗\vec{f_e}: na base, horizontal, opondo-se ao deslize.

Procurando entre os esquemas aquele que respeita simultaneamente todos esses quatro requisitos — em especial a força F⃗\vec{F} paralela à muleta, a normal vertical na base e o atrito no sentido que trava o escorregamento — chega-se à alternativa E.

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Fonte: prova oficial do ENEM 2022 (INEP). Resolução comentada pela equipe do Alvo ENEM.