Dois operários deslizam uma pedra, para cima, sobre uma superfície inclinada com velocidade constante. Um deles puxa a pedra utilizando uma corda, enquanto o outro a empurra, conforme a figura. No instante em que a pedra desliza sobre a posição B, apesar da força de atrito  fB  exercida pela superfície, os pés dos operários não deslizam nas posições A e C, por causa, respectivamente, das forças de atrito fA e fC, exercidas sobre esses pés.

Resolução Em Texto

Matérias Necessárias para a Solução da Questão
Mecânica Clássica (Dinâmica), Força de Atrito (Estático e Cinético/Dinâmico), Leis de Newton.

Tema/Objetivo Geral
Identificar a direção e o sentido das forças de atrito em diferentes situações: atrito cinético (em corpos deslizando) e atrito estático (como força de tração para locomoção humana).

Nível da Questão: Médio.

  • A questão é conceitual e não exige cálculos, o que poderia sugerir um nível fácil.
  • No entanto, ela se torna média porque exige distinguir o comportamento do atrito na pedra (resistência ao movimento) do atrito nos pés das pessoas (força motriz que impede o deslizamento), o que confunde muitos alunos.

Gabarito: Alternativa C.

  • O atrito no pé de trás (empurrador) aponta para cima, o atrito na pedra aponta para baixo, e o atrito no pé da frente (puxador) aponta para cima. (Explicação detalhada abaixo).

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

A questão quer que desenhemos três setas (vetores) representando a força de atrito em três pontos distintos:

  1. Nos pés do operário que empurra (Ponto A).
  2. Na base da pedra que desliza (Ponto B).
  3. Nos pés do operário que puxa (Ponto C).

Simplificação Radical:
O segredo do atrito é que ele é um “do contra”.

  • Se algo já está deslizando (como a pedra), o atrito quer parar aquilo (sentido contrário ao movimento).
  • Se algo quer escorregar mas não consegue (como os pés), o atrito é quem está segurando (sentido contrário ao escorregão).
    Vamos analisar para onde cada um “escorregaria” se o chão fosse gelo liso. O atrito aponta para o lado oposto.

Nosso Plano de Ataque será o seguinte:

  • Analisar o movimento da Pedra (B): Definir o sentido do atrito cinético.
  • Analisar o pé do Operário A (o que empurra atrás): Imaginar para onde o pé dele escorregaria.
  • Analisar o pé do Operário C (o que puxa na frente): Imaginar para onde o pé dele escorregaria.

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

Para não errar o sentido, usaremos a Regra do “E se fosse Gelo?”.

Tabela Comparativa de Atritos:

Situação Tipo de Atrito Regra de Ouro
Corpo deslizando (Pedra) Cinético (Dinâmico) O atrito é contrário à velocidade. Se sobe, atrito desce.
Pessoa fazendo força (Operários) Estático O atrito é contrário à tendência de deslizamento. Se o pé quer ir para trás, o atrito empurra para frente.

Visualização Mental:

  • Pedra: Está subindo a rampa. O atrito “odeia” isso e puxa para baixo.
  • Pessoa Caminhando/Empurrando: Para você ir para frente, você empurra o chão para trás. O chão reage (atrito) te empurrando para frente.

PASSO 3 – INTERPRETAÇÃO GUIADA (MÃO NA MASSA)

Vamos aplicar a “Regra do Gelo” em cada ponto.

Análise do Ponto B (A Pedra)

  • O texto diz: “deslizam uma pedra, para cima“.
  • Se a pedra sobe, o atrito cinético (fB) aponta para baixo.
  • Conclusão Parcial: O vetor no meio (fB) deve apontar para a esquerda/baixo.
  • Eliminação: Já eliminamos as alternativas A e D, que mostram o atrito da pedra ajudando a subida.

Análise do Ponto A (Operário de trás, empurrando)

  • Ele está atrás da pedra, empurrando-a rampa acima.
  • Para empurrar algo pesado para frente (subida), ele precisa fincar os pés no chão e fazer força.
  • Teste do Gelo: Se o chão ficasse liso agora, o pé dele escorregaria para trás (rampa abaixo).
  • Atrito: Como o atrito impede esse escorregão, a força de atrito (fA) aponta para cima (rampa acima).

Análise do Ponto C (Operário da frente, puxando)

  • Ele está na frente, puxando a corda rampa acima.
  • Para puxar a corda, ele inclina o corpo e faz força nas pernas.
  • Teste do Gelo: Se o chão ficasse liso, ao puxar a corda pesada, ele escorregaria em direção à pedra (rampa abaixo).
  • Atrito: O atrito (fC) impede que ele escorregue para baixo, logo, aponta para cima (rampa acima).

🚨 ARMADILHA CLÁSSICA! 🚨
Muitos alunos acham que, porque um empurra e o outro puxa, os atritos deveriam ser opostos. Não! Ambos estão fazendo força para subir a rampa ou manter a posição enquanto movem a carga. Ambos precisam de “agarre” para não escorregar rampa abaixo. Portanto, ambos os atritos nos pés apontam para cima.

A Bússola (O Perfil do Culpado)

  • Síntese do raciocínio:
    • fA (Pé): Para Cima.
    • fB (Pedra): Para Baixo.
    • fC (Pé): Para Cima.
  • Expectativa: Procuramos o diagrama [Cima – Baixo – Cima].

PASSO 4 – ALTERNATIVAS COMENTADAS (A AUTÓPSIA)

Alternativa A
Narrativa do Erro: Mostra todos os atritos para cima. O erro está em fB (pedra). Se a pedra sobe, o atrito não pode ajudar a subir; atrito resiste ao movimento.
Diagnóstico do Erro: Erro Conceitual (Atrito Cinético a favor do movimento).
Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.

Alternativa B
Narrativa do Erro: Mostra fA e fB corretos, mas inverte fC (pé da frente). Sugere que o pé do puxador escorregaria para cima, o que é fisicamente impossível (a corda puxa ele para baixo).
Diagnóstico do Erro: Erro de Análise de Forças (Tendência de Movimento).
Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.

Alternativa C
Análise de Correspondência:

  • fA aponta para cima (segura o pé que empurra o chão para baixo).
  • fB aponta para baixo (resiste à subida da pedra).
  • fC aponta para cima (segura o pé que seria puxado pela corda para baixo).
    Encaixa perfeitamente na nossa Bússola.
    Conclusão: ✔️ Alternativa correta.

Alternativa D
Narrativa do Erro: Erra no vetor da pedra (fB). Coloca o atrito ajudando a pedra a subir.
Diagnóstico do Erro: Erro Conceitual Básico (Atrito Cinético).
Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.

Alternativa E
Narrativa do Erro: Acerta apenas a pedra. Inverte os atritos dos pés, sugerindo que os operários escorregariam rampa acima se não houvesse atrito. Isso violaria a gravidade e a ação das forças que eles fazem.
Diagnóstico do Erro: Inversão Total da Lógica de Tração.
Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.

PASSO 5 – O GRAND FINALE (APRENDIZAGEM EXPANDIDA)

A resposta é a Alternativa C porque o atrito é a reação do chão: se a pedra sobe, o chão a “puxa” para baixo; se os pés tentam escorregar para baixo, o chão os “segura” para cima.

Resumo-flash (A Imagem Mental):
Atrito é o “do contra”: Pedra sobe -> Atrito desce. Pés querem descer -> Atrito sobe.

Para ir Além (A Ponte para o Futuro):
Esse mesmo princípio explica como carros andam. A roda gira empurrando o chão para trás (ação). O atrito estático empurra o carro para frente (reação). Se fosse gelo, a roda giraria em falso (sem atrito estático) e o carro não sairia do lugar. É o atrito estático que nos permite caminhar, correr e dirigir.