Questão 65 do ENEM 2014 — Ciências da Natureza

A questão descreve uma criança em um carrossel que gira com um intervalo de tempo regular. Isso significa que o carrossel completa cada volta no mesmo intervalo de tempo, caracterizando um Movimento Circular Uniforme (MCU).

No MCU, o módulo da velocidade da criança (a sua "rapidez") permanece constante. No entanto, como a trajetória é circular, a direção e o sentido do vetor velocidade estão mudando a todo instante. Na Física, qualquer mudança no vetor velocidade — seja no seu valor, direção ou sentido — exige a presença de uma aceleração.

A aceleração responsável por mudar exclusivamente a direção do vetor velocidade em uma curva é chamada de aceleração centrípeta. Como o próprio nome sugere, essa aceleração aponta sempre para o centro da trajetória circular.

De acordo com a Segunda Lei de Newton, o Princípio Fundamental da Dinâmica, a força resultante ($F_R$) que atua sobre um corpo é diretamente proporcional à sua aceleração ($a$), possuindo a mesma direção e sentido que ela:

$F_R = m \cdot a$

Como a única aceleração presente no Movimento Circular Uniforme é a aceleração centrípeta (que aponta para o centro), a força resultante sobre a criança também deve apontar para o centro da trajetória. Essa força resultante é conhecida como força centrípeta.

Analisando as alternativas, concluímos que a força resultante não pode ser nula (pois há mudança de direção), é perpendicular (e não oblíqua ou paralela) à velocidade, e aponta para o centro (e não para fora). Portanto, a força resultante está direcionada para o centro do brinquedo.