Qual vetor representa a força resultante exercida pelo chão sobre Calvin no exato momento em que ele toca o chão?
ENEM 2024/121
Para resolver essa questão, precisamos entender o conceito de força resultante e a interação entre Calvin e o chão no momento do impacto.
Quando Calvin toca o chão, duas forças principais atuam sobre ele:
1. A força gravitacional (\( \vec{F_g} \)), que puxa Calvin para baixo.
2. A força normal (\( \vec{F_n} \)), que é a reação do chão ao peso de Calvin, atuando para cima.
No momento do impacto, a força resultante (\( \vec{F_r} \)) é a soma vetorial dessas duas forças. Como a força normal é a reação à força gravitacional, a força resultante será a força que o chão exerce sobre Calvin para parar sua queda e empurrá-lo para cima.
Vamos considerar as direções das forças:
\( \vec{F_g} \) aponta para baixo.
\( \vec{F_n} \) aponta para cima.
Como Calvin está em queda livre antes de tocar o chão, a força normal será maior que a força gravitacional no momento do impacto, resultando em uma força resultante que aponta para cima.
Portanto, a alternativa correta é a que mostra um vetor apontando para cima, que é a alternativa A.
Logo, a resposta correta é:
Alternativa (A)
Esta questão aborda o conceito de força resultante e, mais especificamente, a força exercida pelo chão sobre Calvin no momento do impacto.
No instante em que Calvin toca o chão, ele possui uma velocidade com duas componentes:
1. Uma componente vertical (\( v_y \)) direcionada para baixo, devido à ação da gravidade.
2. Uma componente horizontal (\( v_x \)) direcionada para frente, herdada do movimento do balanço.
Para que Calvin pare, o chão deve exercer uma força que anule ambas as componentes da sua velocidade. Essa força é a força resultante (\( \vec{R} \)), que é a soma vetorial da força normal (\( \vec{N} \)) e da força de atrito (\( \vec{F_{at}} \)).
A força normal (\( \vec{N} \)) atua perpendicularmente à superfície do chão, ou seja, verticalmente para cima, e é responsável por anular a componente vertical da velocidade (\( v_y \)).
A força de atrito (\( \vec{F_{at}} \)) atua paralelamente à superfície do chão, no sentido oposto ao movimento horizontal de Calvin (ou seja, para trás), e é responsável por anular a componente horizontal da velocidade (\( v_x \)).
A força resultante (\( \vec{R} \)) é a soma vetorial dessas duas forças. Como a normal é vertical para cima e o atrito é horizontal para trás, a resultante terá uma direção diagonal, apontando para cima e para trás (para a esquerda na imagem).
Portanto, a alternativa correta é (A).