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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 96 do ENEM 2024

2º dia · Ciências da Natureza · H1 · Física: Equilíbrio do corpo extenso: torque e alavancas

Nos automóveis, é importante garantir que o centro de massa (CM) de cada conjunto roda/pneu coincida com o seu centro geométrico. Esse processo é realizado em uma máquina de balanceamento, na qual o conjunto roda e pneu é colocado para girar a uma velocidade de valor constante. Com base nas oscilações medidas, a máquina indica a posição do centro de massa do conjunto, e pequenas peças de chumbo são fixadas em lugares específicos da roda até que as vibrações diminuam. Durante o treinamento de sua equipe, a fim de corrigir a posição do centro de massa indicada pela máquina, um mecânico apresenta o esquema a seguir, com cinco possíveis pontos da roda para posicionar uma peça de chumbo.

Esquema de um conjunto de roda e pneu com linhas tracejadas perpendiculares indicando os eixos ortogonais que se cruzam no centro geométrico. O centro de massa (CM) está indicado por um ponto laranja deslocado para a direita do centro geométrico, sobre o semieixo horizontal. Ao longo do aro interno da roda estão representados cinco pontos amarelos numerados de 1 a 5: o ponto 1 no topo, ligeiramente à direita do eixo vertical; o ponto 2 à esquerda, sobre o semieixo horizontal; o ponto 3 no quadrante inferior esquerdo; o ponto 4 na base, ligeiramente à direita do eixo vertical; e o ponto 5 no quadrante superior direito.

Em qual ponto deve ser fixada a peça de chumbo para corrigir a posição do centro de massa desse conjunto roda/pneu?

  1. A
    1
  2. B
    2
  3. C
    3
  4. D
    4
  5. E
    5
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Resolução comentada

O centro de massa depende da distribuição de massa do conjunto. Ao fixar uma peça de chumbo, o novo centro de massa se desloca na direção em que a peça foi colocada. Para que ele passe a coincidir com o centro geométrico, a peça deve compensar o deslocamento indicado na figura.

Tomando o centro geométrico como origem, o CM está à direita e acima dele. Portanto, a peça precisa ser colocada à esquerda e abaixo: assim, sua contribuição para a posição do centro de massa se opõe ao deslocamento nas duas direções. Em termos de massa e posição, a condição de equilíbrio é m_{\text{conjunto}}\vec r_{\text{CM}}+m_{\text{chumbo}}\vec r_{\text{peça}}=\vec 0.

Entre os pontos marcados, somente o 3 está no quadrante inferior esquerdo. O ponto 2 fica à esquerda, mas também está acima do centro geométrico; por isso, não corrige o deslocamento vertical. Alternativa C.

Pegadinha: A alternativa B engana por estar à esquerda do centro, mas seu ponto também fica acima dele.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AO ponto 1 está acima e à direita, no mesmo sentido do deslocamento do CM.
  • BO ponto 2 compensa o deslocamento horizontal, mas não o vertical.
  • DO ponto 4 fica à direita e não compensa o deslocamento horizontal.
  • EO ponto 5 está acima e à direita, aumentando o desequilíbrio.

Assunto: Equilíbrio do corpo extenso: torque e alavancas.

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