O que é uma polia fixa e qual seu efeito sobre a força aplicada?

Uma polia fixa apenas muda a direção da força aplicada, sem alterar sua intensidade.

Como funciona uma polia móvel em termos de força necessária para levantar uma carga?

Uma polia móvel divide a força necessária por dois, pois cada segmento da corda suporta metade do peso da carga.

Qual a expressão da força necessária para levantar uma massa M com polia fixa?

A força é igual ao peso da carga: F = Mg.

Qual a expressão da força necessária para levantar uma massa M com polia móvel?

A força é metade do peso da carga: F = \frac{Mg}{2}.

O que significa dizer que uma máquina simples oferece vantagem mecânica?

Significa que a máquina permite levantar uma carga maior com uma força menor do que seria necessário sem ela.

Por que a massa da polia e o atrito são desprezados em questões teóricas de polias?

Para simplificar os cálculos e focar apenas na relação entre as forças e as massas, sem perdas de energia.

Como se calcula a razão M2/M1 para manter a mesma força em aparelhos com polia fixa e móvel?

Igualando as forças exercidas nos dois casos e resolvendo: M1g = M2g/2, obtendo M2/M1 = 2.

Ciências Humanas e suas Tecnologias

Questão 109

ENEM 2023 Questão 109

Uma academia decide trocar gradualmente seus aparelhos de musculação. Agora, os frequentadores que utilizam os aparelhos do tipo 1 podem também utilizar os aparelhos do tipo 2, representados na figura, para elevar cargas correspondentes às massas M1 e M2 com velocidade constante. A fim de que o exercício seja realizado com a mesma força F, os usuários devem ser orientados a respeito da relação entre as cargas nos dois tipos de aparelhos, já que as polias fixas apenas mudam a direção das forças, enquanto a polia móvel divide as forças. Em ambos os aparelhos, considere as cordas inextensíveis, as massas das polias e das cordas desprezíveis e que não há dissipação de energia.

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Para essa academia, qual deve ser a razão M2/M1 informada aos usuários?

Resolução

A questão aborda o funcionamento de dois tipos de aparelhos de musculação que utilizam polias, pedindo a razão entre as massas levantadas (M2/M1) para que o usuário exerça a mesma força F nos dois casos. O conceito central é o de máquinas simples, especificamente polias fixas e móveis. Polias fixas apenas mudam a direção da força, sem alterar sua intensidade, enquanto polias móveis dividem a força necessária para levantar a carga. No aparelho tipo 1 (polia fixa), a força exercida pelo usuário é igual ao peso da carga: F = M1g. No aparelho tipo 2 (polia móvel), a força é dividida por dois: F = M2g/2, pois a polia móvel sustenta metade do peso em cada segmento da corda. Para que a força F seja a mesma nos dois aparelhos, igualamos as expressões: M1g = M2g/2, o que resulta em M2 = 2M1. Portanto, a razão M2/M1 = 2. Assim, a alternativa correta é a D.

Comentários por alternativa

A 1/4

A alternativa A está incorreta porque sugere que a carga no aparelho de polia móvel deveria ser um quarto da carga do aparelho de polia fixa, o que não condiz com a divisão de forças proporcionada por uma única polia móvel.
B 1/2

A alternativa B está errada pois considera que a força é dividida por dois, mas inverte a relação: na verdade, a carga no aparelho de polia móvel deve ser o dobro da carga do aparelho de polia fixa para manter a mesma força.
C 1

A alternativa C está incorreta porque iguala as massas, ignorando o fato de que a polia móvel reduz pela metade a força necessária para levantar a carga.
D 2

A alternativa D está correta porque, com uma polia móvel, a força necessária para levantar a carga é metade do peso. Assim, para manter a mesma força F, a carga no aparelho de polia móvel deve ser o dobro da do aparelho de polia fixa, ou seja, M2/M1 = 2.
E 4

A alternativa E está errada porque superestima o efeito da polia móvel, sugerindo que a carga deveria ser quatro vezes maior, o que não ocorre com apenas uma polia móvel.

Flashcards

Perguntas pontuais sobre o tema desta questão. Toque no card para virar e use as setas para navegar.

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1. O que é uma polia fixa e qual seu efeito sobre a força aplicada?: Uma polia fixa apenas muda a direção da força aplicada, sem alterar sua intensidade.
2. Como funciona uma polia móvel em termos de força necessária para levantar uma carga?: Uma polia móvel divide a força necessária por dois, pois cada segmento da corda suporta metade do peso da carga.
3. Qual a expressão da força necessária para levantar uma massa M com polia fixa?: A força é igual ao peso da carga: F = Mg.
4. Qual a expressão da força necessária para levantar uma massa M com polia móvel?: A força é metade do peso da carga: F = \frac{Mg}{2}.
5. O que significa dizer que uma máquina simples oferece vantagem mecânica?: Significa que a máquina permite levantar uma carga maior com uma força menor do que seria necessário sem ela.
6. Por que a massa da polia e o atrito são desprezados em questões teóricas de polias?: Para simplificar os cálculos e focar apenas na relação entre as forças e as massas, sem perdas de energia.
7. Como se calcula a razão M2/M1 para manter a mesma força em aparelhos com polia fixa e móvel?: Igualando as forças exercidas nos dois casos e resolvendo: M1g = M2g/2, obtendo M2/M1 = 2.