O que diz a segunda lei de Newton?

A segunda lei de Newton afirma que a força resultante sobre um corpo é igual ao produto de sua massa pela aceleração: $F = m \cdot a$.

Como se calcula a força máxima de atrito estático?

A força máxima de atrito estático é dada por $F_{atrito\,max} = \mu_e \cdot N$, onde $\mu_e$ é o coeficiente de atrito estático e $N$ é a força normal.

O que acontece quando a força necessária para mover um objeto supera o atrito estático máximo?

Quando a força excede o atrito estático máximo, o objeto entra em movimento relativo, e o atrito passa a ser cinético.

Por que a tensão só aparece em uma das cordas em cada situação?

A tensão aparece apenas na corda que impede o movimento iminente da carga, pois a outra não é solicitada nessa direção.

Como se determina a direção da força de atrito em relação ao movimento do caminhão?

A força de atrito sempre se opõe à tendência de deslizamento da carga em relação ao caminhão.

Qual o papel do coeficiente de atrito estático em problemas de dinâmica?

O coeficiente de atrito estático determina a força máxima que impede o início do movimento entre superfícies em contato.

Por que é importante considerar a iminência de movimento na análise?

Na iminência de movimento, o atrito estático atinge seu valor máximo, o que é fundamental para calcular corretamente as forças envolvidas.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Questão 114

ENEM 2023 Questão 114

Uma equipe de segurança do transporte de uma empresa avalia o comportamento das tensões que aparecem em duas cordas, 1 e 2, usadas para prender uma carga de massa M = 200 kg na carroceria, conforme a ilustração. Quando o caminhão parte do repouso, sua aceleração é constante e igual a 3 m/s2 e, quando ele é freado bruscamente, sua frenagem é constante e igual a 5 m/s2. Em ambas as situações, a carga encontra-se na iminência de movimento, e o sentido do movimento do caminhão está indicado na figura. O coeficiente de atrito estático entre a caixa e c assoalho da carroceria é igual a 0,2. Considere a aceleração da gravidade igual a 10 m/s2, as tensões iniciais nas cordas iguais a zero e as duas cordas ideais.

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Nas situações de aceleração e frenagem do caminhão, as tensões nas cordas 1 e 2, em newton, serão

Resolução

A questão aborda conceitos de dinâmica, especialmente a aplicação da segunda lei de Newton (F = ma) e o papel do atrito estático em situações de aceleração e frenagem. A carga de 200 kg está presa por duas cordas e pode deslizar tanto para frente (aceleração) quanto para trás (frenagem) em relação ao caminhão. O coeficiente de atrito estático (\mu_e = 0,2) limita a força máxima que impede o movimento relativo entre a carga e o caminhão. Quando o caminhão acelera, a caixa tende a ficar para trás; quando freia, tende a ir para frente. Em ambos os casos, as cordas atuam para evitar esse movimento. Calculando a força de atrito máxima: $F_{atrito\,max} = \mu_e \cdot N = 0,2 \times 2000 = 400\,N$. A força resultante necessária para a aceleração é $F = m \cdot a$. Para aceleração: $F = 200 \times 3 = 600\,N$; para frenagem: $F = 200 \times 5 = 1000\,N$. O atrito sozinho não é suficiente para segurar a carga (em ambos os casos), então a diferença precisa ser compensada pelas tensões nas cordas. Na aceleração, a corda 2 (traseira) é tensionada: $T_2 = 600 - 400 = 200\,N$, $T_1 = 0$. Na frenagem, a corda 1 (dianteira) é tensionada: $T_1 = 1000 - 400 = 600\,N$, $T_2 = 0$. Assim, a alternativa correta é a A.

Comentários por alternativa

A A) Aceleração: T1 = 0 e T2 = 200; frenagem: T1 = 600 e T2 = 0.

A alternativa A está correta porque calcula corretamente as tensões nas cordas considerando a força de atrito estático máxima e a diferença necessária para manter a carga na iminência de movimento, tanto na aceleração quanto na frenagem.
B B) Aceleração: T1 = 0 e T2 = 200; frenagem: T1 = 1 400 e T2 = 0.

A alternativa B está errada porque superestima a tensão na corda dianteira durante a frenagem, ignorando a contribuição do atrito estático.
C C) Aceleração: T1 = 0 e T2 = 200; frenagem: T1 = 600 e T2 = 0.

A alternativa C repete o erro da alternativa B, apresentando o mesmo valor incorreto para a tensão na frenagem.
D D) Aceleração: T1 = 560 e T2 = 0; frenagem: T1 = 0 e T2 = 960.

A alternativa D apresenta valores incorretos para as tensões, provavelmente por erro no cálculo da força de atrito ou da força resultante.
E E) Aceleração: T1 = 640 e T2 = 0; frenagem: T1 = 0 e T2 = 1 040.

A alternativa E também apresenta valores incorretos, indicando um erro no cálculo da força de atrito ou na distribuição das forças entre as cordas.

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 diz a segunda lei de Newton?: A segunda lei de Newton afirma que a força resultante sobre um corpo é igual ao produto de sua massa pela aceleração: $F = m \cdot a$.
2. Como se calcula a força máxima de atrito estático?: A força máxima de atrito estático é dada por $F_{atrito\,max} = \mu_e \cdot N$, onde $\mu_e$ é o coeficiente de atrito estático e $N$ é a força normal.
3. O que acontece quando a força necessária para mover um objeto supera o atrito estático máximo?: Quando a força excede o atrito estático máximo, o objeto entra em movimento relativo, e o atrito passa a ser cinético.
4. Por que a tensão só aparece em uma das cordas em cada situação?: A tensão aparece apenas na corda que impede o movimento iminente da carga, pois a outra não é solicitada nessa direção.
5. Como se determina a direção da força de atrito em relação ao movimento do caminhão?: A força de atrito sempre se opõe à tendência de deslizamento da carga em relação ao caminhão.
6. Qual o papel do coeficiente de atrito estático em problemas de dinâmica?: O coeficiente de atrito estático determina a força máxima que impede o início do movimento entre superfícies em contato.
7. Por que é importante considerar a iminência de movimento na análise?: Na iminência de movimento, o atrito estático atinge seu valor máximo, o que é fundamental para calcular corretamente as forças envolvidas.