Questão 105 — ENEM 2020 Digital

Ficha da Questão

• 📚 Matérias Necessárias: Física → Cinemática e Dinâmica do Movimento Circular
• ⚡ Nível: Fácil — exige apenas reconhecer que velocidade escalar constante em trajetória curva não significa aceleração nula
• 🎯 Tema/Habilidade: Aceleração centrípeta no Movimento Circular Uniforme (MCU); competência de interpretar grandezas vetoriais em situações-problema do cotidiano
• 🏆 Gabarito: B — revelado após resolução completa

Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando

• Comando reformulado: "Um carro faz uma curva com velocidade (escalar) constante; determine a direção e o sentido do vetor aceleração nesse trecho."
• Palavras-chave decisivas: trajetória curvilínea, velocidade constante, direção e sentido da aceleração
• Armadilha típica: associar "velocidade constante" a "aceleração nula" — confusão entre a leitura do velocímetro (módulo da velocidade) e o vetor velocidade completo (módulo + direção)
• O que a resposta precisa demonstrar: que mudança de direção do movimento já basta para gerar aceleração, mesmo sem variação no módulo da velocidade, e que essa aceleração aponta para o centro da curva

Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais

• Vetor velocidade: possui módulo (o que o velocímetro mostra), direção e sentido. Em uma curva, a direção do vetor velocidade muda a cada instante, mesmo que o módulo permaneça o mesmo.
• Aceleração: é definida como a taxa de variação do vetor velocidade no tempo (a = Δv/Δt). Como aceleração é vetorial, ela existe sempre que qualquer componente do vetor velocidade varia — módulo, direção ou ambos.
• Aceleração tangencial: componente da aceleração responsável por variar o módulo (a "velocidade" no sentido comum) da velocidade. É paralela à trajetória.
• Aceleração centrípeta (radial): componente da aceleração responsável por variar a direção da velocidade, mantendo o corpo na trajetória curva. Aponta sempre da posição do móvel para o centro da curvatura, perpendicular à velocidade instantânea.
• Movimento Circular Uniforme (MCU): movimento em trajetória curva com módulo da velocidade constante. Nesse caso, a aceleração tangencial é nula (não há variação de módulo), mas a aceleração centrípeta é diferente de zero e igual a v²/R, sendo R o raio de curvatura local.

Passo 3 — Decodificação do Enunciado

• Evidência 1: "trajetória curvilínea" → o carro está mudando de direção continuamente; logo o vetor velocidade não é constante, mesmo que seu módulo seja.
• Evidência 2: "o velocímetro do carro indica velocidade constante" → essa informação se refere apenas ao módulo da velocidade (o que o instrumento mede), não ao vetor velocidade como um todo.
• Síntese: como a direção da velocidade muda (curva) e o módulo não muda (velocímetro constante), a variação do vetor velocidade se dá exclusivamente na direção. Isso caracteriza um MCU, cuja aceleração resultante é puramente centrípeta (radial, para dentro da curva) e não possui componente tangencial.

Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)

Subpasso 4.1 — Decompor a aceleração em suas duas componentes possíveis

Em qualquer movimento curvilíneo, a aceleração total pode ser decomposta em duas componentes perpendiculares entre si:

• Componente tangencial (a_t): paralela à velocidade, responsável por acelerar ou frear o carro (variar o módulo de v).
• Componente centrípeta/radial (a_cp): perpendicular à velocidade, apontando para o centro da curva, responsável por "curvar" a trajetória (variar a direção de v).

Subpasso 4.2 — Analisar cada componente usando o dado do enunciado

O enunciado afirma que "o velocímetro indica velocidade constante" durante toda a curva S. Como o velocímetro só registra o módulo de v:

• Módulo de v constante ⟹ a_t = 0 (não há variação na "quantidade" de velocidade).
• Trajetória curvilínea (a curva S) ⟹ a direção de v muda instante a instante ⟹ a_cp ≠ 0.

Logo, a aceleração resultante do carro é exclusivamente centrípeta: a = a_cp, com a_t = 0.

Subpasso 4.3 — Verificação: determinar direção e sentido

Por definição física, a aceleração centrípeta:

• tem direção radial, ou seja, ao longo do raio que liga o carro ao centro instantâneo de curvatura;
• tem sentido apontando para o centro da curva (é ela que "puxa" o carro para dentro da trajetória, evitando que ele siga em linha reta pela tangente, como prevê a 1ª Lei de Newton na ausência de força resultante centrípeta).

Confrontando com as alternativas: uma aceleração "radial, apontada para dentro da curva" é exatamente a descrição da aceleração centrípeta que calculamos — isso corresponde à alternativa B.

Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas

A) Radial, apontada para fora da curva.

❌ Incorreta: inverte o sentido do vetor. Uma aceleração radial "para fora" afastaria o carro do centro da curvatura, fazendo-o sair pela tangente — é o oposto do que mantém o carro na trajetória curva. Esse sentido corresponderia à força centrífuga aparente sentida pelo passageiro (efeito de referencial não inercial), não à aceleração real do carro.

B) Radial, apontada para dentro da curva.

✅ Correta: é a aceleração centrípeta. Como o módulo de v é constante (a_t = 0) e a direção de v muda continuamente (trajetória curva), toda a aceleração do carro se concentra na componente radial, sempre orientada do carro para o centro da curvatura.

C) Aceleração nula, portanto, sem direção nem sentido.

❌ Incorreta: confunde "velocidade constante" (módulo) com "vetor velocidade constante" (módulo e direção). Só haveria aceleração nula se a trajetória fosse retilínea e uniforme. Como há mudança de direção, existe aceleração mesmo com o módulo de v inalterado.

D) Tangencial, apontada no sentido da velocidade do carro.

❌ Incorreta: uma aceleração tangencial no mesmo sentido da velocidade indicaria que o carro está acelerando (aumentando o módulo de v), o que contraria diretamente a informação de que o velocímetro marca valor constante.

E) Tangencial, apontada no sentido contrário à velocidade do carro.

❌ Incorreta: uma aceleração tangencial contrária à velocidade indicaria frenagem (diminuição do módulo de v), o que também contraria o enunciado, já que a velocidade indicada pelo velocímetro permanece constante.

🏆 Gabarito: B — como o módulo da velocidade não varia (a_t = 0) e a direção da velocidade muda continuamente ao longo da curva, a única aceleração existente é a centrípeta, radial e voltada para o centro da trajetória.

Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova

• Reafirmação do gabarito: a letra B é a única compatível com um movimento em trajetória curva e módulo de velocidade constante: só resta a componente radial (centrípeta), voltada para dentro da curva.
• Padrão de cobrança: o ENEM adora explorar a ideia intuitiva errada de que "velocidade constante = sem aceleração", usando contextos de automobilismo, parques de diversões (roda-gigante, montanha-russa) ou satélites em órbita circular para testar se o aluno distingue módulo de vetor.
• Generalização: sempre que houver trajetória curvilínea, existe aceleração centrípeta, independentemente do módulo da velocidade estar mudando ou não. A aceleração tangencial só aparece quando o módulo da velocidade varia (acelerando ou freando).
• Dica de eliminação rápida: primeiro decida se o módulo de v muda (o enunciado quase sempre entrega isso de forma explícita, como aqui com o velocímetro). Se não muda, elimine de cara as alternativas tangenciais (D e E) e a de aceleração nula (C); sobra decidir entre "para dentro" (centrípeta correta) e "para fora" (armadilha da força centrífuga aparente).
• Conexões: força centrípeta e 2ª Lei de Newton aplicada a trajetórias curvas; movimento circular uniformemente variado (MCUV), em que aceleração tangencial e centrípeta coexistem; gravitação e órbitas circulares de satélites.