Questão 107 do ENEM 2024 — Ciências da Natureza

Esta questão trata do conceito de queda livre na cinemática. Três frutas de massas e tamanhos diferentes — melancia, melão e maçã — são abandonadas ao mesmo tempo, da mesma altura ($h = 50,0\text{ cm}$), quando a prateleira é retirada. A instrução decisiva do enunciado é desprezar as forças dissipativas, ou seja, ignorar a resistência do ar.

Sem resistência do ar, a única força que age sobre cada fruta é a força peso. Pela Segunda Lei de Newton ($F_R = m \cdot a$), o peso é a força resultante ($P = m \cdot g$). Igualando, temos $m \cdot g = m \cdot a$, e a massa se cancela dos dois lados, restando $a = g$. Ou seja, todos os corpos caem com a mesma aceleração, independentemente da massa.

Podemos confirmar isso pela equação horária da posição no Movimento Retilíneo Uniformemente Variado (MRUV): $S = S_0 + v_0 t + \frac{1}{2} a t^2$

Como as frutas partem do repouso ($v_0 = 0$), percorrem a altura $h$ e têm aceleração $a = g$, a equação fica: $h = \frac{1}{2} g t^2$

Isolando o tempo de queda: $t = \sqrt{\frac{2h}{g}}$

Repare que $t$ depende apenas da altura $h$ e da gravidade $g$. Nem a massa nem o tamanho aparecem na fórmula, então não influenciam o tempo de queda quando a resistência do ar é desprezada.

Como as três frutas caem da mesma altura e sob a mesma gravidade, o tempo de queda é idêntico para todas: $t_1 = t_2 = t_3$

Resposta: alternativa A.