Em um dia sem vento, ao saltar de um avião, um paraquedista cai verticalmente até atingir a velocidade limite. No instante em que o paraquedas é aberto (instante TA), ocorre a diminuição de sua velocidade de queda. Algum tempo após a abertura do paraquedas, ele passa a ter velocidade de queda constante, que possibilita sua aterrissagem em segurança.
Que gráfico representa a força resultante sobre o paraquedista, durante o seu movimento de queda?
🧠 Tema Geral: Força Resultante e Movimento com Resistência do Ar (Dinâmica e Queda Livre com Paraquedas)
📚 Matérias Necessárias:
- Dinâmica (2ª Lei de Newton)
- Resistência do ar
- Gráficos de força × tempo
📈 Nível da Questão:
Médio. Apesar de envolver apenas interpretação conceitual, exige conhecimento das fases do movimento com resistência do ar, antes e depois da abertura do paraquedas. A dificuldade está na correta interpretação dos gráficos e da anulação da força resultante.
✔️ GABARITO: Alternativa B
✅ PASSO 1 — Análise do Comando e Objetivo
📌 Comando Essencial:
“Que gráfico representa a força resultante sobre o paraquedista, durante o seu movimento de queda?”
📌 O que está sendo pedido?
Identificar o gráfico que melhor representa o comportamento da força resultante ao longo do tempo, desde o salto até o pouso, considerando o momento de abertura do paraquedas.
📌 Objetivo Cristalino:
Entender como a força resultante se comporta:
- inicialmente (queda livre),
- quando atinge a velocidade limite,
- e após a abertura do paraquedas.
📌 Dica Geral:
A força resultante diminui até zero quando atinge velocidade limite. Com o paraquedas aberto, ela aumenta em sentido contrário, depois volta a se anular quando atinge nova velocidade constante.
💬 Armadilha Comum:
Muitos acham que a força resultante é sempre o peso, mas ela varia conforme a resistência do ar e depende da aceleração, segundo a 2ª Lei de Newton.
✔️ Pergunta de Atenção:
O que acontece com a força resultante quando a velocidade deixa de mudar?
✅ PASSO 2 — Explicação de Conceitos e conteúdos Necessários
📌 2ª Lei de Newton:
F resultante=m⋅ a
A força resultante sobre um corpo é diretamente proporcional à sua aceleração. Isso significa:
- Se a velocidade está aumentando ou diminuindo, há uma força resultante diferente de zero.
- Se a velocidade está constante, a aceleração é nula → força resultante é zero.
📌 Resistência do ar:
Quando um corpo cai, o ar oferece resistência proporcional à velocidade. A força de resistência aumenta até equilibrar o peso → velocidade limite (constante).
📌 Paraquedas aberto:
A resistência do ar aumenta muito subitamente → força resultante aponta para cima (contrária ao movimento). O corpo desacelera até atingir nova velocidade constante (menor).
✅ PASSO 3 — Tradução e Interpretação do Texto
O texto apresenta três fases:
- Abertura do paraquedas (instante TA):
Resistência do ar aumenta abruptamente → força resultante negativa (sentido oposto), mas depois, com nova velocidade constante, ela se anula de novo.
- Queda inicial (queda livre):
A força resultante é máxima, igual ao peso (resistência do ar ainda desprezível).
- Atinge velocidade limite:
Resistência do ar cresce até equilibrar o peso → força resultante = 0
✅ PASSO 4 —Desenvolvimento de Raciocínio
Vamos descrever como o gráfico da força resultante deve se comportar:
- Do instante 0 até atingir a velocidade limite, a força resultante diminui gradualmente até zero.
- No instante TA, o paraquedas se abre → há um salto abrupto no valor da força resultante (em módulo), agora para o lado negativo (indicando sentido contrário da força).
- Depois de um tempo, a resistência do ar iguala novamente o peso, e o paraquedista atinge nova velocidade constante → força resultante volta a ser zero.
✅ PASSO 5 — Análise das Alternativas
A) Curva suavemente decrescente e constante após TA
❌ Erro: ignora o efeito brusco da abertura do paraquedas
B) Curva suavemente decrescente até zero, depois um salto negativo e retorno gradual à linha zero
✅ CORRETA: representa bem as três fases da queda, com TA sendo um ponto de inflexão claro.
C) Salto negativo imediato após TA, mas a força nunca se anula
❌ Erro: ao final, a velocidade se torna constante novamente → força deve se anular
D) Força crescente após TA
❌ Erro: não faz sentido físico. Após TA, a força é de resistência, mas decrescente conforme velocidade estabiliza.
E) Força constante o tempo todo
❌ Erro: ignora toda a variação do movimento e da resistência do ar.
✅ PASSO 6 — Conclusão e Justificativa Final
A análise da força resultante exige atenção às fases do movimento:
- Queda livre com aumento da resistência
- Estabilização na velocidade limite (força resultante = 0)
- Abertura abrupta do paraquedas, causando uma força para cima (negativa)
- Novo equilíbrio e estabilização da velocidade
✅ O gráfico que representa fielmente esse comportamento é o da Alternativa B, pois mostra corretamente o comportamento físico esperado da força resultante ao longo do tempo.
