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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 87 do ENEM 2013

1º dia · Ciências da Natureza · H17 · Física: Atrito e resistência do ar

Em um dia sem vento, ao saltar de um avião, um paraquedista cai verticalmente até atingir a velocidade limite. No instante em que o paraquedas é aberto (instante \text{T}_\text{A}), ocorre a diminuição de sua velocidade de queda. Algum tempo após a abertura do paraquedas, ele passa a ter velocidade de queda constante, que possibilita sua aterrissagem em segurança.

Que gráfico representa a força resultante sobre o paraquedista, durante o seu movimento de queda?

  1. A
    Gráfico da Força resultante em função do Tempo: a curva parte de um valor positivo no instante 0, decresce até cruzar o eixo do tempo no instante TA e continua decrescendo para valores negativos.
  2. B
    Gráfico da Força resultante em função do Tempo: a curva decresce a partir de um valor positivo até se aproximar de zero em TA; logo após TA, a força salta para um valor negativo de grande intensidade e cresce assintoticamente em direção a zero.
  3. C
    Gráfico da Força resultante em função do Tempo: a curva parte do zero, cresce até um valor máximo em TA e, em seguida, decresce até tender a zero.
  4. D
    Gráfico da Força resultante em função do Tempo: a curva decresce de um valor positivo até atingir zero no instante TA, mantendo-se nula em seguida.
  5. E
    Gráfico da Força resultante em função do Tempo: a curva parte do zero, cresce até o instante TA e permanece constante em um valor positivo após TA.
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Resolução comentada

Tome o sentido para baixo como positivo. A força resultante é a soma do peso (constante, para baixo) com a resistência do ar (para cima, que cresce com a velocidade).

  1. Início da queda: a velocidade é pequena e a resistência do ar também. A resultante é praticamente o peso, o valor máximo, e fica positiva.

  2. Antes de abrir o paraquedas: a velocidade aumenta e a resistência cresce. A resultante diminui até ficar nula na velocidade limite. A curva decresce e tende a zero.

  3. Em \text{T}_\text{A}: o paraquedas abre e a área de contato com o ar aumenta de repente. A resistência passa a ser muito maior que o peso, e a resultante fica negativa (para cima) e de grande intensidade. Por isso há um salto brusco no gráfico.

  4. Depois da abertura: a resultante negativa freia o paraquedista. Com a velocidade menor, a resistência diminui e a resultante "sobe" em direção a zero. Quando a velocidade se torna constante, F_R=0, e a curva tende a zero por valores negativos.

Só o gráfico que mostra esse comportamento, com queda até zero, salto para valor negativo em \text{T}_\text{A} e retorno assintótico a zero, serve. Isso corresponde à figura F3.

Alternativa B.

Pegadinha: A alternativa D engana por mostrar a velocidade limite antes da abertura, mas esquece que a abertura gera uma resultante negativa (para cima).

Por que as outras alternativas estão erradas

  • Amostra a resultante passando a negativa de forma contínua e continuando a decrescer, sem voltar a zero, o que indicaria aceleração para cima sem fim.
  • Cmostra a resultante nula no início e crescendo, como se o peso não fosse a força dominante ao começar a queda.
  • Dignora a abertura do paraquedas: a resultante fica nula e não aparece a força para cima que freia o paraquedista.
  • Eparte de zero e mantém resultante positiva constante, o que significaria aceleração constante, sem velocidade limite.

Assuntos: Atrito e resistência do ar, Leis de Newton e aplicações.

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