Submódulo 2: Dinâmica: forças e leis de Newton

Por que as forças importam? — As leis de Newton e estratégia ENEM

🎯 Por que as forças mudam o movimento?

Antes de calcular, precisamos entender o porquê. Imagine empurrar uma geladeira: várias forças agem (sua empurrada, atrito, peso, normal) e só o somatório vetorial delas define se a geladeira acelera, permanece em repouso ou se move com velocidade constante. Esta é a narrativa das leis de Newton: descrevem como forças determinam mudanças no movimento — e o ENEM costuma cobrar essa leitura contextualizada (objetos, gráficos e pequenas tabelas) em problemas aplicados (1).

Lembra do que vimos antes?

Já trabalhamos com deslocamento, velocidade e aceleração. Agora perguntamos: qual(ais) força(s) produzem essa aceleração? Para respostas objetivas, usamos as leis de Newton e o diagrama de corpo livre (FBD).

Resumo das leis — 'porquê' antes do 'como'

• 1ª Lei (Inércia): Se a resultante é zero, a velocidade é constante (repouso ou MRU). ENEM dá enunciados que escondem essa condição; procure "permanece" ou "constante" para deduzir Fnet = 0. (1)
• 2ª Lei: Aceleração resultante: F_res = m·a. Aqui está a fórmula operacional para calcular aceleração e prever sinal/módulo. Em questões, identifique direção positiva e some componentes. (2)
• 3ª Lei: Para cada ação há reação igual e oposta — útil para identificar pares de forças em sistemas com interação (puxar/pisar/empurrar). Em provas, é comum pedir para relacionar forças em corpos diferentes através dessa lei. (2)

Exemplo rápido (modelo ENEM)

Enunciado adaptado: "Um bloco de massa m está apoiado sobre uma superfície horizontal. Aplicam-se duas forças horizontais opostas: 30 N para a direita e 10 N para a esquerda. Despreze atrito." Montamos FBD: forças horizontais resultante = 20 N; então a aceleração tem módulo a = 20/m na direção direita. Observe que a questão pede interpretação (sinal e sentido) — padrão frequente no ENEM. (2)

Diagrama de forças e decomposição — plano inclinado passo a passo

🔧 Como montar um Diagrama de Força (FBD) em 2D — foco: plano inclinado

O plano inclinado é a história clássica que une decomposição vetorial e atrito — e cai no ENEM com frequência como contexto (rampas, caixas, escorregamento). Primeiro o porquê: decompor facilita somar forças paralelas e perpendiculares ao plano, transformando um problema 2D num conjunto de equações escalares simples. (2)

Passo a passo

1. Isolar o corpo: desenhe o bloco e as forças que atuam (peso P = m·g para baixo, força normal N perpendicular ao plano, força de atrito f paralela à superfície, forças aplicadas externas se houver).
2. Escolher eixos úteis: eixo x paralelo à superfície (positivo para baixo do plano, por exemplo) e eixo y perpendicular à superfície.
3. Decompor o peso: P_x = m·g·sin(θ), P_y = m·g·cos(θ). Estas expressões são padrão no plano inclinado sem rotação do bloco. (2)
4. Aplicar condições: se não há movimento perpendicular → N = P_y. No eixo paralelo, aplicar F_res = m·a = soma forças paralelas (signos importam!).

Atrito: modelo útil e limites

Em ENEM, o modelo Coulomb é suficiente: atrito estático até um máximo f_s ≤ μ_s·N; atrito cinético f_k = μ_k·N (valores empíricos dependem dos materiais). Lembre: μ_s normalmente > μ_k e a força de atrito 'se ajusta' até um máximo — isso explica por que há um intervalo de forças que mantêm o bloco em repouso. (3)

Exemplo prático (ENEM-style)

Bloco de massa 2,0 kg em plano inclinado θ = 30° com coeficiente de atrito cinético μ_k = 0,2. Calcule a aceleração para baixo do plano. Solução rápida: P_x = m·g·sin30° = 2·9,8·0,5 = 9,8 N; N = m·g·cos30° ≈ 2·9,8·0,866 = 16,97 N; f_k = μ_k·N ≈ 0,2·16,97 ≈ 3,39 N; F_res = 9,8 - 3,39 = 6,41 N; a = F_res/m = 6,41/2 ≈ 3,20 m/s². Mostre cálculos completos e destaque unidades — banca valoriza clareza e justificativa. (2)(3)

Atrito, tensão, equilíbrio e táticas de prova para ganhar pontos

⚖️ Atrito, tensão e equilíbrio — pontos decisivos para o ENEM

Agora conectamos modelos a situações mistas: blocos ligados por corda, polias ideais (sem massa e sem atrito) e situações em equilíbrio dinâmico (velocidade constante). A chave é sempre: isolar cada corpo, desenhar FBD e relacionar forças por F = m·a (a pode ser zero). Em sistemas com cordas ideais, a tensão é a mesma ao longo da corda; use isso para escrever equações para cada corpo e resolver por eliminação. (2)(3)

Equilíbrio dinâmico

Se o enunciado informa "velocidade constante", trate como F_res = 0 — mesmo que forças apareçam no diagrama. Reconhecer isso economiza tempo e evita cálculos desnecessários. Banca INEP costuma contextualizar em enunciados; procure palavras-chave: "constante", "equilíbrio", "em repouso" e "desliza com velocidade constante". (1)

Exemplo adaptado de concurso (com comentário)

Exemplo (adaptado): Dois blocos A e B ligados por uma corda passam por uma polia sem atrito; A pesa 5 kg sobre mesa sem atrito, B pesa 3 kg e fica pendurado. Qual a aceleração do sistema? Rápida montagem: para A: T = m_A·a; para B: m_B·g - T = m_B·a. Elimine T: m_B·g = (m_A + m_B)·a → a = m_B·g/(m_A + m_B). Substitua valores e calcule. Bancas costumam variar números; foco: montar equações para cada corpo. (3)

🎯 Exercícios