Para quê serve o trilho de ar?
Escolha uma opção:
\bigcirc a. Para cancelar a força normal exercida sobre o trilho de ar.
\bigcirc b. Para gerar uma força de sustentação para o carrinho.
\bigcirc c. Para cancelar a força peso que atua sobre o carrinho.
\bigcirc d. Para diminuir o atrito do carrinho com o trilho de ar.

Passo 1

O enunciado pergunta: “Para quê serve o trilho de ar?” e dá quatro opções para escolher:
a. Para cancelar a força normal exercida sobre o trilho de ar.
b. Para gerar uma força de sustentação para o carrinho.
c. Para cancelar a força peso que atua sobre o carrinho.
d. Para diminuir o atrito do carrinho com o trilho de ar.
Informações relevantes fornecidas no enunciado: há um “trilho de ar” e um “carrinho” que interage com ele. Não há números nem figura adicionais — só precisamos entender qual a finalidade prática do trilho de ar entre as opções dadas.

Passo 2

Vamos listar as forças que normalmente atuam num carrinho apoiado num trilho plano (sem considerar o ar ainda). Essas forças são:
  • o peso do carrinho, que é a força gravitacional para baixo, denotada por P ou mg, onde m é a massa do carrinho e g é a aceleração da gravidade;
  • a força normal do trilho sobre o carrinho, denotada por N, que é a força perpendicular para cima que o trilho aplica para equilibrar parcialmente o peso;
  • uma força de atrito F_{\text{at}} paralela ao contato, que depende da rugosidade e da pressão entre as superfícies.
É importante entender que, em repouso vertical (sem acelerações verticais), a soma das forças verticais é zero, então normalmente N equilibra o peso: N = P = mg.

Passo 3

Agora uma palavrinha didática sobre atrito — isso é crucial para entender a função do trilho de ar.
A força de atrito (de deslizamento) é, em muitas situações, bem aproximada por
F_{\text{at}} = \mu N,
onde:
  • \mu é o coeficiente de atrito entre as superfícies (número adimensional que mede quão “ásperas” ou “presas” são as superfícies);
  • N é a força normal entre as superfícies (força perpendicular ao contato).
Isso significa que, para reduzir o atrito, podemos reduzir \mu (usar superfícies mais lisas) ou reduzir N (diminuir a pressão entre as superfícies).

Passo 4

O que faz, na prática, um trilho de ar? Descrevendo de forma simples e concreta: o trilho de ar sopra uma camada de ar por baixo do carrinho, criando uma almofada de ar. Essa almofada afasta o carrinho do contato direto com a superfície do trilho, de modo que:
  • o contato sólido entre carrinho e trilho fica muito pequeno (apenas em pontos reduzidos) ou praticamente nulo,
  • a pressão do ar sustenta parte do peso do carrinho, fazendo com que a força normal de contato sólido efetiva diminua bastante,
  • como consequência, a força de atrito entre as superfícies sólidas cai muito.
Ou seja, o trilho de ar não tem o objetivo principal de “cancelar” o peso nem de gerar uma força de sustentação no sentido de levantar o carrinho no ar como um foguete; seu objetivo prático é criar uma película de ar que diminui o atrito.

Passo 5

Agora vamos analisar cada alternativa usando o que vimos:
a. “Para cancelar a força normal exercida sobre o trilho de ar.”
  • Comentário: o trilho de ar não “cancela” totalmente N. O ar fornece uma pressão que sustenta parte do peso, reduzindo o contato sólido e, portanto, diminuindo a componente de força normal de contato. Mas não é correto dizer que cancela completamente a força normal; o equilíbrio vertical ainda existe entre peso e forças para cima (pressão do ar + eventual N residual). Logo, a alternativa (a) é incorreta.
b. “Para gerar uma força de sustentação para o carrinho.”
  • Comentário: isso é parcialmente verdadeiro em linguagem física: a almofada de ar exerce uma força para cima (pressão) sobre o carrinho que ajuda a sustentá-lo. Mas o enunciado costuma procurar a finalidade prática do trilho de ar em experimentos de movimento: essa finalidade é reduzir o atrito. A alternativa (b) está meio ambígua — o trilho cria sustentação, mas esse efeito existe para atingir a redução de atrito. Em provas desse tipo, (b) costuma ser considerada incompleta ou mal colocada.
c. “Para cancelar a força peso que atua sobre o carrinho.”
  • Comentário: o trilho de ar não anula o peso mg. O peso continua existindo; o que muda é como esse peso é balanceado (por pressão do ar e forças normais residuais). Dizer que cancela o peso é errado. Alternativa (c) é incorreta.
d. “Para diminuir o atrito do carrinho com o trilho de ar.”
  • Comentário: exatamente a descrição prática e direta do propósito do trilho de ar em experiências: criar uma almofada de ar que reduz drasticamente o atrito de rolamento/deslizamento, aproximando o movimento de um movimento sem atrito. Isto corresponde ao uso experimental usual do trilho de ar e ao argumento pelo qual se usa esse equipamento. Alternativa (d) é a correta e mais direta.

Passo 6

Resumo/fechamento: o trilho de ar produz uma camada de ar que reduz o contato sólido entre carrinho e trilho, o que reduz a força normal efetiva de contato e, pela relação \\ F_{\text{at}}=\mu N\, diminui a força de atrito. Portanto a finalidade principal é reduzir o atrito.

Resposta

d

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