Um estudante observa um livro em repouso sobre uma mesa horizontal e faz as seguintes afirmações:
I. O livro está em repouso pois nenhuma força atua sobre ele.
II. A mesa exerce uma força normal de contato sobre o livro que forma um par de forças da terceira lei de Newton com o peso do livro.
III. O livro exerce uma força sobre a mesa de mesmo módulo, mesma direção e sentido oposto à força normal da mesa sobre o livro.
IV. O par de forças da terceira lei de Newton formado pelas forças de contato entre a mesa e o livro têm mesma direção e sentidos opostos. Portanto, elas se cancelam e não influenciam a dinâmica do livro.
Quais afirmações são totalmente verdadeiras?
a. Apenas III
b. Apenas I
c. Apenas II
d. Ie IV
e. Apenas IV
A afirmação I está errada pois duas forças atuam sobre o livro: a força peso e a força normal que a mesa aplica no livro. O livro encontra-se em repouso pois o peso e a normal se equilibram no caso de uma mesa horizontal e a resultante das forças que atuam no livro é nula.
A afirmação II está incorreta pois peso e normal não constituem um par de forças ação-reação. Lembre-se que ação e reação nunca atuam no mesmo corpo. Por esse mesmo motivo, a afirmação IV está errada. Já que pares ação-reação não atuam no mesmo corpo, elas jamais poderiam se cancelar no diagrama de corpo livre do livro.
A resposta correta é: Apenas III
Passo 1
Vamos resumir o que a questão está dizendo. Temos um livro parado sobre uma mesa horizontal, e o estudante faz quatro afirmações sobre as forças que atuam nele. O conteúdo principal aqui é a Terceira Lei de Newton, que fala sobre pares de forças de ação e reação. Para resolver, vamos analisar cada afirmação para ver quais estão corretas usando os conceitos de força normal, peso e ação e reação.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que está acontecendo com o livro. Como ele está em repouso sobre a mesa, isso significa que as forças que atuam sobre ele estão equilibradas. As duas forças principais aqui são:
Peso (força da gravidade): Puxa o livro para baixo.
Força normal: É a força que a mesa exerce para cima, equilibrando o peso do livro.
Matematicamente, isso significa que:
Onde é a força normal e é o peso do livro.
Passo 3
Agora, vamos analisar cada afirmação uma por uma.
Afirmação I:“O livro está em repouso pois nenhuma força atua sobre ele.”
Isso está errado. Como acabamos de ver, existem duas forças atuando no livro: o peso e a força normal. Essas forças se equilibram, resultando em movimento zero.
Afirmação II:“A mesa exerce uma força normal de contato sobre o livro que forma um par de forças da terceira lei de Newton com o peso do livro.”
Também está errada. Segundo a Terceira Lei de Newton, as forças de ação e reação atuam em corpos diferentes. Aqui, a força normal que a mesa exerce sobre o livro e a força que o livro exerce sobre a mesa são um par de ação e reação, mas não formam um par com o peso do livro.
Afirmação III:“O livro exerce uma força sobre a mesa de mesmo módulo, mesma direção e sentido oposto à força normal da mesa sobre o livro.”
Esta está correta. De acordo com a Terceira Lei de Newton, para toda força de ação existe uma força de reação de igual magnitude e direção oposta. Então, o livro exerce uma força para baixo na mesa que é igual e oposta à força normal que a mesa exerce para cima no livro.
Afirmação IV:“O par de forças da terceira lei de Newton formado pelas forças de contato entre a mesa e o livro têm mesma direção e sentidos opostos. Portanto, elas se cancelam e não influenciam a dinâmica do livro.”
Também está errada. As forças de ação e reação não se cancelam porque atuam em corpos diferentes. Elas não afetam a dinâmica do livro individualmente; é a soma das forças que atua no livro que determina seu movimento.