(Enem) O freio ABS é um sistema que evita que as rodas de um automóvel sejam bloqueadas durante uma frenagem forte e entrem em derrapagem. Testes demonstram que, a partir de uma dada velocidade, a distância de frenagem será menor se for evitado o bloqueio das rodas.
O ganho na eficiência da frenagem na ausência de bloqueio das rodas resulta do fato de
a) o coeficiente de atrito estático tornar-se igual ao dinâmico momentos antes da derrapagem.
b) o coeficiente de atrito estático ser maior que o dinâmico, independentemente da superficie de contato entre os pneus e o pavimento.
c) o coeficiente de atrito estático ser menor que o dinâmico, independentemente da superfície de contato entre os pneus e o pavimento.
d) a superficie de contato entre os pneus e o pavimento ser maior com as rodas desbloqueadas, independentemente do coeficiente de atrito.
e) a superficie de contato entre os pneus e o pavimento ser maior com as rodas desbloqueadas e o coeficiente de atrito estático ser maior que o dinâmico.

Passo 1

O enunciado pergunta por que a frenagem fica mais eficiente (distância de frenagem menor) quando se evita o bloqueio das rodas (como faz o ABS). Foi dada a informação de que, a partir de certa velocidade, evitar o bloqueio reduz a distância de frenagem. O enunciado oferece cinco alternativas (vou escrevê‑las exatamente como estão):
a) o coeficiente de atrito estático tornar‑se igual ao dinâmico momentos antes da derrapagem.
b) o coeficiente de atrito estático ser maior que o dinâmico, independentemente da superfície de contato entre os pneus e o pavimento.
c) o coeficiente de atrito estático ser menor que o dinâmico, independentemente da superfície de contato entre os pneus e o pavimento.
d) a superfície de contato entre os pneus e o pavimento ser maior com as rodas desbloqueadas, independentemente do coeficiente de atrito.
e) a superfície de contato entre os pneus e o pavimento ser maior com as rodas desbloqueadas e o coeficiente de atrito estático ser maior que o dinâmico.
O que se pede: escolher qual dessas afirmações explica por que evitar o bloqueio (manter as rodas rodando, não deslizando) melhora a frenagem.

Passo 2

Primeiro, vamos entender o que são atritos estático e dinâmico e como eles se traduzem em força de frenagem. Aqui estão as definições e as fórmulas mais usadas em física elementar.
  • Atrito estático: é o atrito que atua entre duas superfícies que não estão deslizando uma em relação à outra. Ele se ajusta até um máximo. A fórmula que descreve o limite máximo é
F_{\text{fr}}\le \mu_s N,
onde:
  • \,F_{\text{fr}}\, é a força de atrito (máxima disponível antes de ocorrer o deslizamento),
  • \,\mu_s\, é o coeficiente de atrito estático,
  • \,N\, é a força normal (aproximadamente o peso da parte pertinente do veículo contra o solo).
  • Atrito cinético (ou dinâmico): é o atrito quando há deslizamento relativo entre as superfícies. Em muitos modelos elementares ele é aproximadamente constante e vale
F_{\text{fr}}=\mu_k N,
onde \,\mu_k\, é o coeficiente de atrito cinético.
Observação operacional: as letras \mu_s e \mu_k são números que dependem dos materiais e das condições, e as fórmulas acima são o modelo simples que se usa em provas e problemas. O ponto importante é a comparação entre esses dois coeficientes.

Passo 3

Agora, uma explicação física simples do porquê, na maioria dos casos práticos, \mu_s é maior que \mu_k.
  • Antes de deslizar, as micro‑asperidades das superfícies encaixam‑se melhor: é preciso vencer essa “encaixada” inicial para iniciar o deslizamento. Por isso o atrito necessário para iniciar o movimento relativo (limite do atrito estático) costuma ser maior que o atrito enquanto o deslizamento já ocorre.
  • Em termos do modelo:
\mu_s>\mu_k
é a relação que aparece na maioria dos materiais e situações cotidianas (pneus sobre asfalto, borracha sobre concreto, etc.). Isso significa que, enquanto não há deslizamento, o freio pode utilizar uma força de atrito maior do que a que seria possível se as rodas estivessem deslizando.

Passo 4

Aplicando isso ao freio e ao ABS:
  • Quando a roda está rolando sem deslizar, o ponto de contato entre pneu e chão tem velocidade instantânea nula em relação ao pavimento — por isso o contato é “não deslizante” e o tipo de atrito que entra em jogo é o estático. Logo, a força máxima de atrito que pode ser gerada entre pneu e pista é aproximadamente \mu_s N.
  • Se a roda bloqueia, ela desliza sobre o asfalto e o atrito passa a ser o cinético, com valor aproximadamente \mu_k N.
  • Como em geral \mu_s>\mu_k, o caso sem bloqueio (atuação do atrito estático) permite aplicar uma força de frenagem maior antes de perder o controle do contato. Uma maior força de frenagem horizontal significa maior desaceleração e, portanto, menor distância necessária para parar.

Passo 5

Para fixar com um exemplo numérico (bem simples, só para ver a diferença na prática):
  • Suponha que a aceleração máxima de frenagem seja dada por a=\mu g (modelo simples, massa do carro cancela quando usamos força F=\mu N=\mu m g e \,a=F/m). Tome g=10\\ \text{m/s}^2 para contas fáceis.
  • Se \mu_s=0{,}8 e \mu_k=0{,}6, então:
    • desaceleração com roda não bloqueada: a_s=\mu_s g = 0{,}8\cdot10=8\\ \text{m/s}^2,
    • desaceleração com roda bloqueada (deslizamento): a_k=\mu_k g = 0{,}6\cdot10=6\\ \text{m/s}^2.
  • Para uma mesma velocidade inicial v, a distância de frenagem numa desaceleração constante é
d=\frac{v^2}{2a}.
Assim, a distância com atrito estático disponível será menor porque a_s>a_k. Por exemplo, para v=20\\ \text{m/s}:
  • d_s=\dfrac{20^2}{2\cdot8}= \dfrac{400}{16}=25\\ \text{m},
  • d_k=\dfrac{400}{12}\approx33{,}3\\ \text{m}.
    Isso mostra claramente que, mantendo as rodas sem deslizar (através do ABS), o carro pode parar em menos espaço.

Passo 6

Agora analiso as alternativas do enunciado rapidamente com base no que acabamos de ver:
  • (a) “o coeficiente de atrito estático tornar‑se igual ao dinâmico momentos antes da derrapagem.” — errado: antes da derrapagem ainda vale o atrito estático (até um limite), e tipicamente \mu_s não vira igual a \mu_k momentos antes; a relação útil é \mu_s>\mu_k.
  • (b) “o coeficiente de atrito estático ser maior que o dinâmico, independentemente da superfície de contato entre os pneus e o pavimento.” — esta alternativa afirma que \mu_s>\mu_k, que é exatamente a razão física pela qual manter o contato não deslizante dá maior força de frenagem. (A palavra “independentemente” quer dizer que a desigualdade é a explicação essencial; na prática \mu varia com superfície, mas a conclusão buscada pela questão é que \mu_s>\mu_k é o que explica o ganho de eficiência.)
  • (c) “o coeficiente de atrito estático ser menor que o dinâmico” — contradiz a física usual, logo está errada.
  • (d) “a superfície de contato … ser maior com as rodas desbloqueadas, independentemente do coeficiente de atrito.” — equipamento ABS não age mudando a área de contato de maneira determinante; mesmo no modelo simples a força de atrito não aumenta só porque a área muda (o fator crucial é o coeficiente). Então não é a explicação correta.
  • (e) mistura duas afirmações: área de contato maior com rodas desbloqueadas (duvidosa como explicação) e \mu_s>\mu_k. Como a primeira parte é incorreta/irrelevante para a explicação essencial pedida, a alternativa completa não é a melhor resposta.

Passo 7

Resumo final didático e motivador: o ABS melhora a frenagem porque evita que as rodas entrem em deslizamento, mantendo o contato do pneu com o solo em condição de atrito estático. Como o atrito estático permite uma força de frenagem máxima maior do que o atrito dinâmico, isso leva a maior desaceleração possível e, portanto, menor distância de parada. Então a alternativa que expressa exatamente essa razão é a letra b.

Resposta

b)

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