ENEM 2011 · Ciências da Natureza · Física · cinemática
Questão 46 do ENEM 2011
Resposta: letra D. Um motor imaginado com palhetas movidas por choques de partículas só poderia funcionar com uma engrenagem com trava; pede-se a explicação dessa necessidade.
Partículas suspensas em um fluido apresentam contínua movimentação aleatória, chamado movimento browniano, causado pelos choques das partículas que compõem o fluido. A ideia de um inventor era construir uma série de palhetas, montadas sobre um eixo, que seriam postas em movimento pela agitação das partículas ao seu redor. Como o movimento ocorreria igualmente em ambos os sentidos de rotação, o cientista concebeu um segundo elemento, um dente de engrenagem assimétrico.
Assim, em escala muito pequena, este tipo de motor poderia executar trabalho, por exemplo, puxando um pequeno peso para cima. O esquema, que já foi testado, é mostrado a seguir.
Peso Inovação Tecnológica. Disponível em: http://www.inovacaotecnologica.com.br.
Acesso em: 22 jul. 2010 (adaptado).
A explicação para a necessidade do uso da engrenagem com trava é:
- AO travamento do motor, para que ele não se solte aleatoriamente.
- BA seleção da velocidade, controlada pela pressão nos dentes da engrenagem.
- CO controle do sentido da velocidade tangencial, permitindo, inclusive, uma fácil leitura do seu valor.
- DA determinação do movimento, devido ao caráter aleatório, cuja tendência é o equilíbrio.Resposta correta
- EA escolha do ângulo a ser girado, sendo possível, inclusive, medi-lo pelo número de dentes da engrenagem.
Como resolver a questão 46 passo a passo?
O conceito que resolve
No movimento browniano, os choques são aleatórios e simétricos: em média, não há giro em um sentido preferencial. Para extrair trabalho é preciso tornar o movimento unidirecional, e a trava com dente assimétrico permite girar apenas em um sentido.
Como chegar na resposta
- As partículas do fluido batem nas palhetas em todas as direções, então o giro seria igual nos dois sentidos, com tendência ao equilíbrio.
- A engrenagem assimétrica com trava só deixa o eixo girar em um sentido, retendo o ganho de cada giro.
- Assim, a trava determina o movimento a partir de um fenômeno aleatório, necessário para puxar o peso para cima.
Por que cada alternativa
- AA trava não serve para 'travar o motor' e evitar que se solte; sua função é rejeitar o sentido contrário de giro.
- BA velocidade não é selecionada pela pressão nos dentes; a trava escolhe o sentido, não a velocidade.
- CO controle do sentido é parte da função, mas 'fácil leitura da velocidade' não é o motivo apresentado.
- DCorreta: o movimento é aleatório e tende ao equilíbrio; a trava determina o sentido do giro, permitindo realizar trabalho.
- EEscolher o ângulo e medi-lo pelos dentes não é o propósito da trava.
Onde essa questão derruba a maioria
A palavra 'determinação do movimento' parece vaga, mas descreve o papel da trava: impor um sentido a um movimento originalmente aleatório.
O que estudar se você errou
Revise movimento browniano, aleatoriedade e a ideia de rotação em um único sentido (catraca).
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