(Uepb) No século XVIII, o físico inglês Isaac Newton formulou as leis da mecânica e as usou para estudar e interpretar um grande número de fenômenos físicos. Com base na compreensão dessas leis, analise as proposições a seguir:
I. Ao fazer uma curva fechada em alta velocidade, a porta de um automóvel abriu-se, e o passageiro, que não usava cinto de segurança, foi lançado para fora. Esse fato pode ser explicado pela segunda lei de Newton.
II. A segunda lei de Newton afirma que, se a soma de todas as forças atuando sobre um corpo for nula, o mesmo terá um movimento uniformemente variado.
III. Um automóvel colide frontalmente com uma bicicleta. No momento da colisão, pode-se afirmar que a intensidade da força que o automóvel exerce sobre a bicicleta é a mesma que a intensidade da força que a bicicleta exerce sobre o automóvel e em sentido contrário.
Para as situações supracitadas, em relação às leis de Newton, é(são) correta(s) apenas a(as) proposição(ões)
a) I e II.
b) II.
c) I.
d) III.
I. Ao fazer uma curva fechada em alta velocidade, a porta de um automóvel abriu-se, e o passageiro, que não usava cinto de segurança, foi lançado para fora. Esse fato pode ser explicado pela segunda lei de Newton.
II. A segunda lei de Newton afirma que, se a soma de todas as forças atuando sobre um corpo for nula, o mesmo terá um movimento uniformemente variado.
III. Um automóvel colide frontalmente com uma bicicleta. No momento da colisão, pode-se afirmar que a intensidade da força que o automóvel exerce sobre a bicicleta é a mesma que a intensidade da força que a bicicleta exerce sobre o automóvel e em sentido contrário.
a) I e II.
b) II.
c) I.
d) III.
Passo 1
Vou repetir claramente o que o enunciado nos dá e o que ele pede. O enunciado apresenta três proposições sobre as leis de Newton:
I. Ao fazer uma curva fechada em alta velocidade, a porta de um automóvel abriu-se, e o passageiro, que não usava cinto de segurança, foi lançado para fora. Esse fato pode ser explicado pela segunda lei de Newton.
II. A segunda lei de Newton afirma que, se a soma de todas as forças atuando sobre um corpo for nula, o mesmo terá um movimento uniformemente variado.
III. Um automóvel colide frontalmente com uma bicicleta. No momento da colisão, pode-se afirmar que a intensidade da força que o automóvel exerce sobre a bicicleta é a mesma que a intensidade da força que a bicicleta exerce sobre o automóvel e em sentido contrário.
I. Ao fazer uma curva fechada em alta velocidade, a porta de um automóvel abriu-se, e o passageiro, que não usava cinto de segurança, foi lançado para fora. Esse fato pode ser explicado pela segunda lei de Newton.
II. A segunda lei de Newton afirma que, se a soma de todas as forças atuando sobre um corpo for nula, o mesmo terá um movimento uniformemente variado.
III. Um automóvel colide frontalmente com uma bicicleta. No momento da colisão, pode-se afirmar que a intensidade da força que o automóvel exerce sobre a bicicleta é a mesma que a intensidade da força que a bicicleta exerce sobre o automóvel e em sentido contrário.
A pergunta é: quais das proposições acima são corretas? (Escolher entre as alternativas dadas.)
Passo 2
Entender o que cada lei afirma (aqui eu explico as leis na forma matemática e em palavras; isso vai ajudar a checar cada proposição).
- A lei que relaciona força resultante, massa e aceleração é dada por:
Aqui
é a soma vetorial de todas as forças que atuam no corpo,
é a massa do corpo e
é a aceleração do corpo. Essa fórmula diz que a força resultante causa aceleração: se houver força resultante não nula, o corpo acelera; se a força resultante for nula, a aceleração é zero.
- A ideia de “movimento uniforme” e “movimento uniformemente variado” (atenção ao vocabulário):
- Movimento uniforme significa velocidade constante:
. Nesse caso . - Movimento uniformemente variado significa aceleração constante (isto é,
constante diferente de zero); a velocidade varia com tempo de forma linear.
- Movimento uniforme significa velocidade constante:
- A lei que afirma que forças entre dois corpos em interação são opostas e de mesma intensidade é expressa por:
Isto significa que, no instante da interação, as forças formam um par ação–reação, iguais em módulo e opostas em direção.
Passo 3
Análise da proposição I (porta abre na curva; passageiro é lançado para fora; pode ser explicado pela segunda lei).
- O ocorrido descrito: o carro faz curva, o passageiro “vai para fora” — isso acontece porque o corpo do passageiro tende a manter a velocidade em linha reta (inércia) enquanto o carro vira. Para o passageiro alterar sua trajetória junto com o carro é preciso que alguma força externa sobre ele (por exemplo, o cinto ou a porta fechada) exerça a força necessária para curvar seu movimento. Se não há essa força suficiente, o passageiro continua com sua velocidade tangencial e parece “ser lançado” para fora.
- Qual lei explica isso? A explicação imediata é a que trata da inércia: quando a força resultante sobre o passageiro é (quase) nula no sentido de curvar sua trajetória, ele não sofre a aceleração centrípeta necessária e, portanto, mantém sua velocidade retilínea. Essa ideia é enunciada pela lei que diz que, na ausência de força resultante, o corpo mantém seu estado de movimento (velocidade constante). Essa é a lei do comportamento de inércia (a lei que implica
constante). - Conclusão para I: atribuir o fenômeno à segunda lei (aquela que fornece
como relação quantitativa) é inadequado como explicação primária; a explicação direta é a do comportamento de inércia (a lei que afirma que sem força resultante não há mudança de velocidade). Portanto, a proposição I, que diz que “isso pode ser explicado pela segunda lei”, está incorreta na forma como está escrita — o fenômeno é explicável pela lei da inércia (primeira lei); a segunda lei é usada para calcular acelerações quando há forças, mas o enunciado associa o fenômeno diretamente à segunda lei, o que é conceitualmente errado.
Passo 4
Esclarecimento adicional sobre a segunda lei (para evitar confusão):
- A segunda lei, em sua forma usual, é exatamente
Dessa equação, se
, então
. Ou seja, a segunda lei implica que força resultante nula leva aceleração nula. Mas o enunciado II afirma um resultado diferente (veja próximo passo). A segunda lei serve para quantificar a aceleração a partir da força; não é o enunciado da afirmação “sem forças o corpo mantém estado de movimento” (essa última é a formulação mais direta da lei que trata da inércia).
Passo 5
Análise da proposição II (“se a soma de todas as forças atuando sobre um corpo for nula, o mesmo terá um movimento uniformemente variado”).
- Usando a segunda lei, se
, então . A aceleração nula implica que a velocidade é constante. Logo o movimento é uniforme (velocidade constante), não “uniformemente variado”. - Como explicado no Passo 2, “uniformemente variado” significa que há aceleração constante (não nula). Aqui, para força resultante nula, a aceleração é zero, portanto não há variação da velocidade — o movimento é uniforme, não uniformemente variado.
- Conclusão para II: a proposição II está errada porque inverteu os conceitos — ela atribui movimento “uniformemente variado” quando deveria dizer “movimento uniforme”. Portanto II é falsa.
Passo 6
Análise da proposição III (colisão frontal entre automóvel e bicicleta; forças na colisão têm mesma intensidade e sentidos opostos).
- A lei ação–reação afirma que as forças que dois corpos exercem um sobre o outro são iguais em módulo e opostas em direção:
- Isso vale no instante da interação, independentemente das massas ou das consequências (acelerações) para cada corpo. O fato de o carro sofrer pequena desaceleração e a bicicleta ser fortemente acelerada (ou destruída) está ligado às massas diferentes e, via segunda lei, às acelerações:
Como os
são diferentes, as acelerações são diferentes mesmo que as forças sejam iguais em módulo.
- Conclusão para III: a proposição está correta — durante a colisão, as forças trocadas têm mesma intensidade e sentidos opostos.
Passo 7
Resumo final das verificações das proposições:
- I: incorreta (fenômeno explicado pela lei da inércia; o enunciado atribui à segunda lei equivocadamente).
- II: incorreta (se
então movimento é uniforme; a proposição disse “uniformemente variado”, que é o oposto). - III: correta (ação e reação de mesma intensidade e sentidos opostos na colisão).
Resposta
d) III.