Questão 42
Em determinada avenida, o motorista de um veículo coletivo fez uma manobra em curva, e um passageiro teve a sensação de que uma força o estava empurrando para fora da curva.
Considerando a situação hipotética precedente, julgue os itens a seguir.
I A sensação descrita pelo passageiro é causada por uma força centrífuga real que atua sobre ele.
II A força que mantém o veículo na trajetória curva é a força centrípeta, cujo vetor aponta para o ponto central da curva.
III A sensação descrita pelo passageiro é explicada pelo princípio da inércia, pois o corpo tende a manter sua trajetória retilínea.
IV Como o veículo é um referencial não inercial, a sensação descrita pelo passageiro só poderá ser explicada caso seja introduzida uma força fictícia.
Estão certos apenas os itens
(A) I e II.
(A) II, III e IV.
(B) Ie IV.
(c) II e III.
(D) I, III e IV.
II A força que mantém o veículo na trajetória curva é a força centrípeta, cujo vetor aponta para o ponto central da curva.
III A sensação descrita pelo passageiro é explicada pelo princípio da inércia, pois o corpo tende a manter sua trajetória retilínea.
IV Como o veículo é um referencial não inercial, a sensação descrita pelo passageiro só poderá ser explicada caso seja introduzida uma força fictícia.
(A) I e II.
(A) II, III e IV.
(B) Ie IV.
(c) II e III.
(D) I, III e IV.
Passo 1
Vou deixar claro o que o enunciado dá e o que pede. Cenário: um ônibus (veículo coletivo) faz uma curva e um passageiro tem a sensação de que uma força o empurra para fora da curva. O enunciado apresenta quatro afirmações (I–IV) sobre essa situação e pede para indicar quais estão corretas. As afirmações são:
I) A sensação descrita pelo passageiro é causada por uma força centrífuga real que atua sobre ele.
II) A força que mantém o veículo na trajetória curva é a força centrípeta, cujo vetor aponta para o ponto central da curva.
III) A sensação descrita pelo passageiro é explicada pelo princípio da inércia, pois o corpo tende a manter sua trajetória retilínea.
IV) Como o veículo é um referencial não inercial, a sensação descrita pelo passageiro só poderá ser explicada caso seja introduzida uma força fictícia.
II) A força que mantém o veículo na trajetória curva é a força centrípeta, cujo vetor aponta para o ponto central da curva.
III) A sensação descrita pelo passageiro é explicada pelo princípio da inércia, pois o corpo tende a manter sua trajetória retilínea.
IV) Como o veículo é um referencial não inercial, a sensação descrita pelo passageiro só poderá ser explicada caso seja introduzida uma força fictícia.
O objetivo é decidir quais dessas quatro afirmações são verdadeiras.
Passo 2
Primeiro, vamos rever com calma alguns conceitos essenciais (sem pular etapas): que é força, o que significa referencial inercial e não inercial, e o princípio da inércia.
- Força (intuição): é a interação que pode alterar o estado de movimento de um corpo (faz acelerar ou desviar a trajetória).
- Referencial inercial: é um referencial em que a primeira lei de Newton vale: um corpo isolado permanece em movimento retilíneo e uniforme ou em repouso, a não ser que uma força resultante atue sobre ele.
- Referencial não inercial: é um referencial acelerado. Nele, se quiser aplicar a forma usual das leis de Newton (como se fosse um referencial inercial), muitas vezes é conveniente introduzir forças fictícias (ou pseudo-forças) para “corrigir” as equações.
- Princípio da inércia (enunciado intuitivo): um corpo tende a manter sua velocidade vetorial. Se não houver força resultante, o corpo continua em linha reta com velocidade constante.
Isso é suficiente para seguirmos.
Passo 3
Agora, vamos tratar da força que mantém um veículo descrevendo uma trajetória curva (declaração II).
- Quando um objeto descreve uma trajetória circular ou curva, sua velocidade vetorial está mudando de direção continuamente. Para mudar a direção da velocidade é necessária uma aceleração dirigida para o centro da curva chamada aceleração centrípeta.
- A aceleração centrípeta tem módulo
, onde: -
é a massa do corpo, -
é a velocidade escalar do corpo ao longo da curva, -
é o raio da curvatura local da trajetória.
-
- A força resultante que produz essa aceleração é a força centrípeta, com módulo
e direção apontando para o centro da curva (isto é, para dentro da curva). - No caso do veículo que faz a curva, essa força centrípeta é fornecida por forças reais de contato (atuação dos pneus no solo, força de atrito estático, eventualmente componente lateral do normal do banco, etc.) que empurram o veículo para dentro da curva.
Portanto a afirmação II — “a força que mantém o veículo na trajetória curva é a força centrípeta, cujo vetor aponta para o ponto central da curva” — está correta.
Passo 4
Agora vamos entender a sensação do passageiro (declaração III) e o papel do princípio da inércia.
- Imagine o passageiro inicialmente com a mesma velocidade do veículo. Quando o veículo começa a virar para a esquerda, por exemplo, a estrutura do veículo (banco, encosto, laterais) exerce forças sobre o passageiro para fazê‑lo também mudar de direção; essas forças são direcionadas para dentro da curva (força centrípeta aplicada ao passageiro).
- Do ponto de vista de um observador inercial (fixo no solo), o corpo do passageiro tende, por inércia, a continuar em linha reta (direção tangente à curva). Como o veículo desvia para dentro, parece ao passageiro que algo o “empurra” para fora — na verdade é a falta (temporária) de uma força lateral suficiente para fazê‑lo acompanhar instantaneamente a mesma curvatura, e então a ação do encosto ou do cinto exerce a força necessária para puxá‑lo para dentro.
- Em outras palavras, a sensação de “ser empurrado para fora” é consequência direta do princípio da inércia: o corpo tende a manter a trajetória retilínea, enquanto a carroceria muda de direção; essa diferença gera a sensação relativa de ser empurrado para fora.
Portanto a afirmação III — “A sensação … é explicada pelo princípio da inércia, pois o corpo tende a manter sua trajetória retilínea” — está correta.
Passo 5
Agora vamos analisar a afirmação I sobre a existência de uma força centrífuga real que atua sobre o passageiro.
- Em um referencial inercial (por exemplo alguém parado no meio da rua observando o ônibus), não existe nenhuma força física real “empurrando” o passageiro para fora da curva. As únicas forças reais são as forças de contato entre o passageiro e o veículo (que, como já vimos, têm direção para dentro e fornecem a centrípeta).
- A tal “força centrífuga” que muitas pessoas citam é uma força aparente que aparece se escolhermos descrever o movimento do ponto de vista do referencial do veículo (um referencial acelerado). Nesse referencial não inercial é conveniente introduzir uma força fictícia, a chamada força centrífuga, com direção para fora e módulo
, para poder aplicar a forma usual das leis de Newton dentro daquele referencial. - Portanto, em termos técnicos: a força centrífuga não é uma força real (no sentido de uma interação com origem física, como atrito ou normal) quando se descreve o fenômeno em um referencial inercial; é uma força fictícia que se introduz em referenciais não inerciais.
Logo a afirmação I — “A sensação … é causada por uma força centrífuga real que atua sobre ele” — é falsa.
Passo 6
Analisemos a afirmação IV, que diz que “Como o veículo é um referencial não inercial, a sensação descrita pelo passageiro só poderá ser explicada caso seja introduzida uma força fictícia.”
- Verdadeiro é que, se optarmos por trabalhar no referencial do veículo (que é não inercial enquanto faz a curva), para usar diretamente a forma usual das leis de Newton é comum e útil introduzir uma força fictícia (centrífuga) apontando para fora: isso permite escrever que as forças reais mais a força fictícia somam zero para um passageiro em repouso relativo dentro do veículo, por exemplo.
- Porém a palavra “só” na frase é muito forte: NÃO é verdade que a sensação só possa ser explicada se introduzirmos uma força fictícia. Em um referencial inercial (p.ex. observador no solo) a explicação é clara sem nenhuma força fictícia — usa‑se apenas o princípio da inércia e as forças reais de contato que fornecem a centrípeta. Logo existe uma explicação consistente sem recorrer a forças fictícias.
- Resumo da nuance: em um referencial não inercial é conveniente/intuitivo introduzir a força fictícia; mas a explicação física completa pode ser feita também em um referencial inercial sem nenhuma força fictícia. Portanto a afirmação IV, tal como está escrita (“só poderá ser explicada”), é falsa.
Passo 7
Recapitulação rápida das verdades/mentiras das quatro afirmações:
- I: falsa (a “força centrífuga” não é uma força real em referência inercial).
- II: verdadeira (a força que mantém o veículo na curva é centrípeta, dirigida para o centro).
- III: verdadeira (a sensação é explicada pelo princípio da inércia — tendência à trajetória retilínea).
- IV: falsa (em referencial não inercial é útil introduzir força fictícia, mas não é a única maneira de explicar a sensação; em referenciais inerciais a explicação é feita sem forças fictícias).
Portanto as únicas corretas são II e III.
Resposta
(c) II e III.