Questão 48 — ENEM 2016 PPL

Ficha da Questão

• 📚 Matérias Necessárias: Física → Hidrostática (Empuxo e Princípio de Arquimedes) + Mecânica (Equilíbrio segundo a 1ª Lei de Newton)
• ⚡ Nível: Fácil — exige apenas reconhecer a condição de equilíbrio de um corpo flutuante, sem cálculos numéricos.
• 🎯 Tema/Habilidade: Empuxo em corpos flutuantes; competência de interpretar fenômenos físicos a partir de situações do cotidiano (H6/H7 da matriz do ENEM, área de Ciências da Natureza).
• 🏆 Gabarito: B — revelado após resolução completa

Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando

• Comando reformulado: "Quando um navio flutua parado na água, como se compara a força de empuxo que atua sobre ele com a força peso do próprio navio?"
• Palavras-chave decisivas: flutuar, empuxo, massa consegue flutuar
• Armadilha típica: confundir o Princípio de Arquimedes (empuxo = peso do fluido deslocado) com a condição de equilíbrio do corpo (empuxo = peso do corpo), misturando as duas relações e escolhendo uma alternativa que fala da água deslocada em vez do navio, ou trocando peso por massa.
• O que a resposta precisa demonstrar: que o estudante entende que, estando o navio flutuando em repouso (sem afundar nem subir), a resultante de forças sobre ele é nula — logo, empuxo e peso do navio se equilibram exatamente.

Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais

• Empuxo (E): força vertical, de baixo para cima, exercida por um fluido sobre um corpo nele imerso ou flutuante. Surge da diferença de pressão hidrostática entre a parte inferior e a parte superior do corpo submerso.
• Princípio de Arquimedes: o módulo do empuxo é igual ao peso do volume de fluido deslocado pela parte submersa do corpo: E = ρ_fluido · V_submerso · g. Repare que essa relação liga o empuxo ao fluido deslocado, não ao corpo.
• Equilíbrio estático (1ª Lei de Newton): se um corpo está em repouso (ou em movimento retilíneo uniforme), a resultante das forças que agem sobre ele é zero. Para um navio flutuando parado, as únicas forças relevantes na vertical são o peso (para baixo) e o empuxo (para cima); logo, E = P.
• Densidade média e flutuação: um navio flutua não porque o aço é menos denso que a água (é mais denso), mas porque o casco é oco — cheio de ar e espaço de carga — fazendo com que a densidade média do navio (massa total ÷ volume total, incluindo os vazios) seja menor que a da água. Isso permite que ele desloque água suficiente para gerar um empuxo igual ao seu peso total, mesmo sendo "milhares de toneladas".

Passo 3 — Decodificação do Enunciado

• Evidência 1: "capaz de transportar milhares de toneladas de carga" → indica que o peso total do navio (casco + carga) é enorme, reforçando que o fenômeno em jogo é uma condição de equilíbrio de forças de grande magnitude, não de valores desprezíveis.
• Evidência 2: "uma grande quantidade de massa consegue flutuar" → "flutuar" é a palavra-chave: descreve um corpo em repouso na superfície da água, ou seja, em equilíbrio estático — não afundando, não subindo.
• Síntese: como o navio "flutua" (permanece em repouso vertical), a única forma física de descrever essa situação é dizer que a força resultante sobre ele é nula. Isso obriga a igualdade entre a força que sustenta o navio (empuxo) e a força que puxa para baixo (peso do próprio navio) — não do fluido deslocado, e não em termos de massa.

Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)

Subpasso 4.1 — Identificar as forças atuantes no navio flutuando

Quando o navio está flutuando em repouso na superfície da água, duas forças verticais atuam sobre ele:

1. O peso do navio (P), força de atração gravitacional, com módulo P = m_navio · g, apontada para baixo;
2. O empuxo (E), força de reação do fluido deslocado, apontada para cima.

Não há aceleração vertical (o navio não afunda nem sobe), então o sistema está em equilíbrio.

Subpasso 4.2 — Aplicar a 1ª Lei de Newton (equilíbrio estático)

Para um corpo em repouso, a resultante das forças é nula:

∑F = 0 → E − P = 0 → E = P

Ou seja, o módulo do empuxo é exatamente igual ao módulo do peso do navio. Se E fosse maior que P, o navio aceleraria para cima (emergiria); se fosse menor, ele afundaria. Como ele flutua em equilíbrio, só resta a igualdade.

Subpasso 4.3 — Verificação com o Princípio de Arquimedes

Pelo princípio de Arquimedes, E também é igual ao peso da água deslocada: E = P_água deslocada. Combinando com o resultado do equilíbrio (E = P_navio), conclui-se que P_navio = P_água deslocada — ou seja, o navio afunda até deslocar exatamente um volume de água cujo peso se iguala ao peso total do navio (casco + carga). Isso confirma, por dois caminhos distintos (Newton e Arquimedes), que a relação pedida pela questão — entre empuxo e peso do navio — é de igualdade, batendo com a alternativa B.

Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas

A) maior que a força peso do petroleiro.

❌ Incorreta: se o empuxo fosse maior que o peso do navio, a resultante de forças verticais seria positiva para cima, e o navio aceleraria emergindo da água continuamente — ele não estaria em equilíbrio, e sim subindo. Isso contraria a própria descrição da situação ("flutuar" em repouso).

B) igual à força peso do petroleiro.

✅ Correta: como o navio flutua parado (equilíbrio estático), a 1ª Lei de Newton exige resultante nula na vertical, o que só ocorre quando o módulo do empuxo se iguala exatamente ao módulo do peso do navio (E = P). É essa igualdade de forças — e não de massas, nem envolvendo diretamente a água — que sustenta o navio.

C) maior que a força peso da água deslocada.

❌ Incorreta: o próprio Princípio de Arquimedes define o empuxo como igual (não maior) ao peso do fluido deslocado: E = P_água deslocada. Essa alternativa distorce a lei física fundamental do empuxo, transformando uma igualdade definidora em uma desigualdade — erro conceitual sobre a própria definição de Arquimedes.

D) igual à força peso do volume submerso do navio.

❌ Incorreta: essa alternativa troca o termo correto do Princípio de Arquimedes (peso da água deslocada) pelo peso do material do próprio navio na região submersa. Como o casco é oco e a "massa" na parte submersa não corresponde ao peso de um volume equivalente de água, essas duas grandezas não são a mesma coisa — o empuxo depende da densidade da água deslocada, não da densidade do aço/estrutura do navio naquela região.

E) igual à massa da água deslocada.

❌ Incorreta: erro de natureza dimensional. Empuxo é força (medida em newtons, N), enquanto massa é medida em quilogramas (kg) — grandezas de naturezas físicas diferentes que jamais podem ser "iguais" entre si. O correto seria comparar o empuxo (força) ao peso da água deslocada (também força), não à sua massa.

🏆 Gabarito: B — o navio flutua em equilíbrio estático, e a 1ª Lei de Newton garante que a força de empuxo sobre ele é exatamente igual à força peso do próprio petroleiro.

Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova

• Reafirmação do gabarito: apenas a alternativa B descreve corretamente a condição física de um corpo flutuando em repouso: resultante de forças verticais nula, logo empuxo igual ao peso do corpo que flutua.
• Padrão de cobrança: o ENEM adora explorar hidrostática com situações do cotidiano (navios, icebergs, submarinos, ovos em água salgada) para testar se o aluno distingue a condição de equilíbrio de um corpo flutuante (E = P do corpo) da definição do Princípio de Arquimedes (E = peso do fluido deslocado) — as duas são igualdades, mas se referem a comparações diferentes.
• Generalização: sempre que um enunciado disser que um corpo "flutua", "está em repouso na água" ou "boia", pense automaticamente em 1ª Lei de Newton: resultante nula → empuxo = peso do corpo. Se o enunciado pedir a relação com o fluido deslocado, aí sim entra o Princípio de Arquimedes.
• Dica de eliminação rápida: elimine de cara qualquer alternativa que use desigualdade ("maior que") quando a situação descrita for de equilíbrio/flutuação estável — em equilíbrio, a relação é sempre de igualdade. Elimine também qualquer alternativa que compare força com massa (unidades incompatíveis), como ocorre na alternativa E.
• Conexões: o mesmo raciocínio de equilíbrio de forças aparece em questões sobre submarinos (empuxo variável por lastro de água) e sobre densidade relativa (por que gelo flutua na água, por que um ovo afunda em água doce mas flutua em água salgada).