Questão 103 caderno amarelo ENEM 2025 Dia 2

Para transportar uma caixa do primeiro para o segundo piso de uma construção, um trabalhador precisará arrastá-la sobre um plano inclinado. O trabalhador começa a arrastar a caixa no primeiro piso, exercendo sobre ela uma força de grande intensidade, paralela ao seu deslocamento. Na medida em que a caixa sobe o plano inclinado, ele decide reduzir a força sobre ela, arrastando-a lentamente até chegar ao segundo piso. Considere que a caixa permanece em movimento nos encontros dos pisos com o plano inclinado, e que a rugosidade entre as superfícies permanece a mesma durante todo o percurso.

O comportamento da força de atrito entre a caixa e o chão no plano inclinado é representado em:

Resolução Em Texto

Matérias Necessárias para a Solução da Questão

Dinâmica Newtoniana (Leis de Newton, Forças)
Força de Atrito (Cinético e Estático)
Diagrama de Corpo Livre em Plano Inclinado

Tema/Objetivo Geral:
A questão exige a análise do comportamento da Força de Atrito Cinético sobre um objeto em movimento em um plano inclinado, identificando quais variáveis a influenciam e quais não.

Nível da Questão: Médio

A questão é considerada de nível médio porque apresenta uma “informação distratora” muito forte: a variação da força aplicada pelo trabalhador. A resolução correta exige que o candidato ignore essa informação e se concentre na definição fundamental da força de atrito cinético, percebendo que ela não depende da velocidade do objeto (para velocidades baixas) nem da força que o puxa, mas sim da força normal e do coeficiente de atrito.

Gabarito: C

Esta alternativa está correta porque a força de atrito cinético (Fat = μ * N) depende apenas do coeficiente de atrito (μ), que é constante, e da Força Normal (N). Em um plano inclinado de ângulo fixo, a Força Normal também é constante (N = P * cosθ). Portanto, a força de atrito cinético permanece constante durante todo o movimento no plano, independentemente da força aplicada pelo trabalhador.

PASSO 1 – O QUE A QUESTÃO QUER? (O MAPA DA MINA)

Decodificação do Objetivo:
A missão é desenhar o gráfico da Força de Atrito em função do tempo, especificamente durante o trajeto em que a caixa está subindo o plano inclinado. Precisamos descobrir se essa força aumenta, diminui ou permanece a mesma enquanto a caixa sobe.

Simplificação Radical (A Analogia Central):
Imagine que você está arrastando um tapete pesado sobre um piso de carpete. O “esfrega-esfrega” que você sente resistindo ao movimento é o atrito. Agora, a questão é: se você puxar o tapete mais rápido ou mais devagar (mas sem parar), esse “esfrega-esfrega” fica mais forte, mais fraco ou continua igual? A física nos diz que, para um objeto já em movimento, a força de atrito cinético é como um “imposto” fixo que você paga pela interação entre as superfícies; ela não se importa com a sua velocidade ou com a força que você está fazendo para puxar. Nossa tarefa é descobrir o comportamento desse “imposto” no cenário do plano inclinado.

Plano de Ataque (O Roteiro da Investigação):
Nossa investigação física seguirá os seguintes passos:

Identificar o Tipo de Atrito: Determinar se estamos lidando com atrito estático ou cinético.
Relembrar a “Lei” do Atrito: Escrever a equação que governa a força de atrito identificada.
Analisar as Variáveis da Equação: Verificar quais componentes da fórmula (μ e N) mudam ou permanecem constantes no cenário descrito (plano inclinado).
Concluir o Comportamento da Força: Com base na análise das variáveis, determinar se a força de atrito deve variar ou não ao longo do tempo.

PASSO 2 – DESVENDANDO AS FERRAMENTAS (A CAIXA DE FERRAMENTAS)

Para este caso, precisamos do nosso “Dossiê da Força de Atrito” e do Diagrama de Corpo Livre para um plano inclinado.

Dossiê de Investigação: A Força de Atrito

Força de Atrito Estático (Fatₑ): Atua quando o objeto está parado. É uma força variável, que aumenta para se igualar à força que tenta mover o objeto, até um valor máximo (Fatₑ,ₘₐₓ = μₑ * N).
Força de Atrito Cinético (Fat꜀): Atua quando o objeto está em movimento. É uma força de valor constante, calculada pela fórmula:
Fat꜀ = μ꜀ * N
Onde:
- μ꜀ é o coeficiente de atrito cinético (uma propriedade das superfícies em contato).
- N é a Força Normal (a força de “compressão” entre as superfícies).

Diagrama de Forças no Plano Inclinado
Para um objeto sobre um plano inclinado de ângulo θ, a Força Peso (P) é decomposta em duas componentes:

Px = P * senθ: Componente paralela ao plano, que “puxa” a caixa para baixo.
Py = P * cosθ: Componente perpendicular ao plano, que “empurra” a caixa contra a superfície.
Pela Terceira Lei de Newton (equilíbrio no eixo perpendicular), a Força Normal (N) é igual em módulo à Py. Portanto:
N = P * cosθ

PASSO 3 – INTERPRETAÇÃO GUIADA (MÃO NA MASSA)

Vamos aplicar nossa investigação ao problema:

Tipo de Atrito: O texto diz que “a caixa permanece em movimento”. Portanto, estamos lidando com Força de Atrito Cinético.
A “Lei” do Atrito: A fórmula que governa o fenômeno é Fat꜀ = μ꜀ * N.
Análise das Variáveis:
- μ꜀ (Coeficiente de Atrito): O texto afirma que “a rugosidade entre as superfícies permanece a mesma”. Isso significa que μ꜀ é constante.
- N (Força Normal): A Força Normal no plano inclinado é dada por N = P * cosθ. Como o peso da caixa (P) não muda e a inclinação do plano (θ) é fixa, a Força Normal também é constante durante todo o percurso no plano inclinado.
Conclusão: Se a Força de Atrito Cinético é o produto de duas constantes (Fat꜀ = μ꜀ * N), então a própria Força de Atrito Cinético deve ser constante enquanto a caixa estiver sobre o plano inclinado.

🚨 ARMADILHA CLÁSSICA! 🚨
A armadilha aqui é a informação de que “ele decide reduzir a força sobre ela”. Isso nos tenta a pensar que, se a força motriz diminui, o atrito também deveria diminuir. Esse raciocínio confunde a Força de Atrito Estático (que é variável e reage à força aplicada) com a Força de Atrito Cinético (que é constante e independente da força motriz ou da velocidade, em regimes não-relativísticos). A variação na força do trabalhador afeta a aceleração da caixa (ela desacelera, já que ele a arrasta “lentamente”), mas não o valor da força de atrito.

A Bússola (O Perfil do Culpado):

Síntese do raciocínio: A força de atrito em questão é a cinética. Sua magnitude é determinada pelo produto do coeficiente de atrito cinético e da força normal. Como ambos os fatores são constantes no plano inclinado, a força de atrito também deve ser constante.
Expectativa: O gráfico correto deve mostrar a força de atrito como uma linha horizontal (valor constante) em função do tempo, durante o período em que a caixa está no plano inclinado.

PASSO 4 – ALTERNATIVAS COMENTADAS (A AUTÓPSIA)

Nota: A questão pergunta sobre o comportamento da força de atrito no plano inclinado. Os gráficos A, B e E mostram variações que poderiam representar a transição do chão para o plano, mas o foco deve ser no trecho que representa o movimento sobre a rampa.

A)
- O “Diagnóstico do Erro”: Modelo Físico Incorreto. Este gráfico sugere que o atrito diminui e depois aumenta. Não há nenhum mecanismo físico descrito que justifique esse comportamento.
- Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.
B)
- O “Diagnóstico do Erro”: Confusão com Atrito Estático. Este gráfico se assemelha ao comportamento do atrito quando se começa a empurrar um objeto do repouso: o atrito estático aumenta até seu valor máximo, e quando o objeto começa a se mover, o atrito cai para o valor (menor) do atrito cinético. No entanto, o enunciado afirma que a caixa já está em movimento.
- Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.
C)
- Análise de Correspondência: Este gráfico representa uma força de magnitude constante ao longo do tempo. Isso corresponde perfeitamente à nossa dedução de que a Força de Atrito Cinético (Fat꜀ = μ꜀ * N) é constante, pois nem μ꜀ nem N variam enquanto a caixa está na rampa.
- Conclusão: ✔️ Alternativa correta.
D)
- O “Diagnóstico do Erro”: Modelo Físico Incorreto. Sugere que o atrito permanece constante e depois começa a diminuir. A diminuição da força do trabalhador não causa uma diminuição no atrito cinético.
- Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.
E)
- O “Diagnóstico do Erro”: Modelo Físico Incorreto. Este gráfico também não corresponde a nenhum modelo físico aplicável. A força de atrito cinético não aumenta nem diminui com a força aplicada ou com a velocidade (nas condições do problema).
- Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.

PASSO 5 – O GRAND FINALE (APRENDIZAGEM EXPANDIDA)

Frase de Fechamento: A resposta correta é a alternativa C, pois a força de atrito cinético depende da natureza das superfícies e da força normal, ambas constantes no cenário, tornando o atrito independente da velocidade da caixa ou da força que a puxa.
Resumo-flash (A Imagem Mental): O atrito cinético é um “pedágio” fixo; não importa se você passa de fusca ou de Ferrari, o valor é o mesmo.
🧠 Para ir Além (A Ponte para o Futuro): A ideia de que o atrito cinético é constante é uma aproximação excelente para a maioria das situações cotidianas, mas ela quebra em altas velocidades. Isso é crucial na engenharia automotiva e aeroespacial. A resistência do ar (uma forma de atrito fluido), por exemplo, aumenta com o quadrado da velocidade. É por isso que dobrar a velocidade de um carro não apenas dobra, mas quadruplica a força de arrasto, fazendo o consumo de combustível disparar. Entender quando a “regra do atrito constante” se aplica e quando ela falha é a diferença entre projetar um carrinho de mão e um carro de Fórmula 1.