Questão 81 caderno azul ENEM 2013 PPL

Em uma experiência didática, cinco esferas de metal foram presas em um barbante, de forma que a distância entre esferas consecutivas aumentava em progressão aritmética. O barbante foi suspenso e a primeira esfera ficou em contato com o chão. Olhando o barbante de baixo para cima, as distâncias entre as esferas ficavam cada vez maiores. Quando o barbante foi solto, o som das colisões entre duas esferas consecutivas e o solo foi gerado em intervalos de tempo exatamente iguais.

A razão de os intervalos de tempo citados serem iguais é que a 

A) velocidade de cada esfera é constante. 

B) força resultante em cada esfera é constante. 

C) aceleração de cada esfera aumenta com o tempo.

D) tensão aplicada em cada esfera aumenta com o tempo. 

E) energia mecânica de cada esfera aumenta com o tempo.

✍ Resolução Em Texto
📚 Matérias Necessárias para a Solução da Questão:
Física (Dinâmica e Gravitação)

🎯 Tema/Objetivo Geral:
Entendimento da força resultante em sistemas sujeitos à gravidade (queda livre)

🎯 Nível da Questão:
Fácil. A questão exige apenas conhecimento da força gravitacional e sua relação com a massa e aceleração (segunda lei de Newton), sem necessidade de cálculos complexos.

✅ Gabarito:
Alternativa B
A força resultante sobre cada esfera é constante porque todas estão em queda livre, sofrendo apenas a ação do peso, com massa constante e aceleração gravitacional constante.


🔎 Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo

1.1 Transcrição Essencial 📌
“A razão de os intervalos de tempo citados serem iguais é que a…”

1.2 O que está sendo pedido?📌
Descobrir qual grandeza física constante justifica os impactos das esferas ocorrerem em intervalos regulares de tempo.

1.3 Objetivo Cristalino 📌
Determinar qual grandeza (velocidade, força, aceleração etc.) se mantém constante ao longo da queda para que os impactos ocorram de forma ritmada.

1.4 Pergunta de Atenção ✔
Você lembra qual é a única força que age sobre corpos em queda livre, desprezando o ar?


📚 Passo 2: Explicação de Conceitos e Conteúdos Necessários

2.1 Definições e Fórmulas📌

  • Força peso (P): é a força gravitacional que age sobre qualquer corpo com massa.
    Fórmula: P = m * g
    Onde:
    P = peso (em newtons)
    m = massa do corpo (em kg)
    g = aceleração da gravidade (aproximadamente 9,8 m/s²)
  • Força resultante em queda livre:
    Quando um corpo cai em queda livre (sem resistência do ar), a única força atuando sobre ele é o peso, então:
    Fᵣ = P = m * g
  • Aceleração em queda livre:
    Como só existe uma força (o peso), a aceleração de cada corpo é igual a g, portanto é constante.

Esses conceitos explicam por que todas as esferas possuem mesma aceleração e mesma força resultante, e por isso, as colisões seguem um ritmo constante ao tocar o chão.


📝 Passo 3: Tradução e Interpretação do Problema

3.1 Contextualização Simplificada 📌
Cinco esferas foram amarradas com espaçamentos em progressão aritmética e penduradas. Ao soltar o barbante, elas caem e batem no chão uma por uma, em batidas regulares. Isso só pode acontecer se algo no movimento for constante.

3.2 Estratégia Geral 📌
Vamos analisar qual grandeza física permanece constante (força, velocidade, aceleração…) durante a queda, o que explicaria os sons de impacto ritmados.


🧮 Passo 4: Desenvolvimento do Raciocínio e Cálculos

4.1 Passo a Passo Detalhado 📌

  • Cada esfera sofre apenas a ação da gravidade.
  • Como todas têm a mesma massa (m), a força resultante sobre cada uma será:
    Fᵣ = m * g
  • A aceleração em todas é a mesma: g = 9,8 m/s², porque não há outra força envolvida.
  • Se a distância entre as esferas segue uma progressão aritmética e a aceleração é constante, os tempos entre as colisões também seguirão uma regularidade.

4.2 Verificação Intermediária 📌
Como a força resultante é constante, e todas as esferas estão em queda livre com mesma massa e aceleração, os impactos no chão ocorrerão em intervalos de tempo regulares, mesmo com espaçamentos desiguais.

4.3 Possível armadilha ❓/ ✔
Você pode ter pensado que a velocidade era constante (Alternativa A), mas cuidado: em queda livre, a velocidade aumenta com o tempo.
Quem é constante mesmo é a força resultante (peso), e por isso que a aceleração é constante também.

4.4 Fechamento e expectativa 📌
Dado que todas as esferas estão sob ação da mesma força (o peso), e essa força é constante para todas, é essa força resultante constante que garante o ritmo regular das batidas. Vamos verificar isso nas alternativas agora.


✅ Passo 5: Análise das Alternativas

5.1 Listagem das Alternativas 📌
A) Velocidade de cada esfera é constante.
B) Força resultante em cada esfera é constante.
C) Aceleração de cada esfera aumenta com o tempo.
D) Tensão aplicada em cada esfera aumenta com o tempo.
E) Energia mecânica de cada esfera aumenta com o tempo.

5.2 Justificativa Individual 📌

🔴 Alternativa A: Errada.
A velocidade aumenta com o tempo, pois estamos lidando com movimento uniformemente acelerado.

🟢 Alternativa B: Correta.
A única força atuando é o peso (P = m * g), que é constante, já que a massa e a gravidade são constantes. Isso justifica o ritmo regular dos impactos.

🔴 Alternativa C: Errada.
A aceleração não aumenta, ela é constante (igual a g) durante toda a queda.

🔴 Alternativa D: Errada.
A tensão no fio desaparece ao soltar o sistema — as esferas caem livremente, não há mais tensão aplicada durante a queda.

🔴 Alternativa E: Errada.
A energia mecânica (potencial + cinética) se conserva durante a queda. Ela se transforma, mas não aumenta.


🏆 Passo 6: Conclusão e Justificativa Final

6.1 Resumo do Raciocínio 📌
Como as esferas estão em queda livre, com mesma massa e sob mesma aceleração, todas têm a mesma força resultante (o peso), e isso garante a regularidade dos impactos.

6.2 Gabarito Reafirmado 📌
Alternativa correta: B — A força resultante em cada esfera é constante.

6.3 Resumo Final para Revisão 🔍
(📌) Em queda livre, a força resultante é o peso, que é constante se a massa for constante.

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