Questão de Física · FGV PCAM 2021 (nº 47)

A aceleração de um objeto é determinada pela força resultante que age sobre ele, dividida pela sua massa ($F=ma$). Em um plano inclinado, as forças incluem a componente da gravidade paralela ao plano ($mg \sin \theta$) e a força de atrito, que sempre se opõe ao movimento ou à tendência de movimento.

(A) Correta: Durante a subida, a componente da gravidade ($mg \sin \theta$) e a força de atrito cinético ($f_c$) atuam no mesmo sentido, para baixo do plano. O movimento de descida uniforme significa que a força resultante é zero, ou seja, a componente da gravidade para baixo ($mg \sin \theta$) é equilibrada pela força de atrito para cima ($f_c$). Assim, $f_c = mg \sin \theta$. Na subida, a força resultante é $F_{res} = mg \sin \theta + f_c = mg \sin \theta + mg \sin \theta = 2mg \sin \theta$. Pela Segunda Lei de Newton ($F_{res}=ma$), a aceleração é $a = F_{res}/m = (2mg \sin \theta)/m = 2g \sin \theta$.
(B) Incorreta: Esta seria a aceleração se não houvesse atrito. A informação do movimento de descida uniforme é crucial para determinar a presença e o valor da força de atrito, que deve ser incluída na análise da subida. Armadilha da banca: O aluno pode esquecer de considerar a força de atrito na subida ou não usar a informação do movimento uniforme na descida para quantificá-la.
(C) Incorreta: A tangente de $\theta$ ($\tan \theta$) está relacionada ao coeficiente de atrito cinético ($\mu_c = \tan \theta$), mas não diretamente à aceleração da subida.
(D) Incorreta: Combina o fator 2 com a tangente, o que não corresponde à análise correta das forças que atuam no bloco.
(E) Incorreta: A aceleração $g$ é a aceleração da queda livre. Em um plano inclinado, a aceleração é sempre uma fração de $g$, a menos que o plano seja vertical e sem atrito.