Física mecânica: conceitos, fórmulas e exercícios [Física no Enem]

Se você está se preparando para o Enem, já viu conteúdos como a física mecânica, correto? Se não, corra neste artigo para ler! 

Dentro da física, a mecânica é o estudo do movimento e do repouso de corpos, estejam estes corpos sob a ação de força ou não. 

A importância da física mecânica está justamente em analisar todos os movimentos que acontecem ao nosso redor, desde os átomos até a órbita dos planetas. 

Este também é um estudo presente na rotina de profissionais de engenharia, arquitetos, pilotos de avião, físicos e professores. Por isso, é um dos assuntos que mais cai em física no Enem. 

As questões sobre física mecânica representam, em média, 5% do que cai em física na prova de Ciências da Natureza e Suas Tecnologias. 

Dito isto, neste artigo, vamos conversar sobre o que estuda a física mecânica, quais são seus principais conceitos e como o assunto cai no Enem. 

Você vai conferir:

• O que estuda a física mecânica?
• Principais conceitos e fórmulas da física mecânica clássica
• Fórmulas utilizadas na mecânica clássica
• Exercícios de física mecânica que caíram no Enem

O que estuda a física mecânica? 

Dentro da física, a mecânica é a área que estuda o movimento. 

Mas não apenas isso, ela também estuda o repouso. Ou seja, quando um corpo não está em movimento.

Para a física mecânica, independe se um corpo está sob a ação de forças. O que importa é como este corpo se comporta. 

Também dentro desta área extensa e ampla da física, estão as equações usadas para determinar o movimento e o repouso, e suas evoluções temporais. 

Como dissemos na introdução, a mecânica tem aplicação na rotina diárias de diversos profissionais, auxiliando em tarefas como escoamento de resíduos, trajetória de partículas carregadas, funcionamento de máquinas e lançamento de projéteis. 

As bases para estes estudos estão nas obras de Isaac Newton, Johaness Kepler e Galileu Galilei. 

Mecânica quântica e Mecânica relativista 

A explicação dada acima faz referência à parte da física mecânica chamada de mecânica clássica. 

Nesse caso, o movimento estudado é aquele macroscópico. Ou seja, de corpos que podem ser observados a olho nu. 

Porém, também existem dois outros tipos de mecânica: a quântica e a relativista. 

A mecânica quântica é o estudo que explica a movimentação de partículas, como o movimento dos átomos e moléculas. Suas principais fórmulas são: 

• Equação geral de Max Planck: E = h . v
• Equação de onda de De Broglie: λ = h/(m . v) 

Já a mecânica relativista é derivada dos estudos de Einstein e foca no comportamento do que se move próximo à velocidade da luz.

E, como você deve imaginar, a principal fórmula utilizada é a equação de correspondência de massa e energia: E = m . c² 

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Principais conceitos e fórmulas da física mecânica clássica 

Como é uma área ampla de estudo, a física mecânica é dividida em três partes: 

• Cinemática: estuda-se o movimento de corpos sem levar em consideração as causas deste movimento. Ou seja, a partir do momento em que ele começa a se movimentar. Pode ser dividida em quatro tipos: movimento uniforme, movimento uniformemente variado, movimento circular uniforme e movimento circular uniformemente variado. 
• Dinâmica: já esta área estuda as causas que levaram o corpo a se movimentar. Aqui, entram os estudos das forças que atuam sobre um corpo, a quantidade de movimento, a energia mecânica, o impulso e outras grandezas, como torque e momento angular. 
• Estática: por fim, a estática estuda a permanência de equilíbrio de um corpo, ou seja, o que é necessário em intensidade de força e torque para que ele se mantenha equilibrado. 

Fórmulas utilizadas na mecânica clássica 

Confira abaixo uma listagem das principais fórmulas utilizadas na mecânica clássica: 

• Deslocamento: ΔS = S – S0
• Velocidade escalar média: vm = ΔS/Δt
• Aceleração escalar média: am = Δv/Δt
• Equação horária do espaço (MU): S = S0 + v . t
• Função horária da velocidade (MUV): v = v0 + a . t
• Função horária do espaço (MUV): S = S0 + v0 . t + (a . t²)/2
• Equação de Torricelli: v² = v0² + 2 . a . ΔS
• 2ª lei de Newton: F = m . a
• Lei de Hooke: Fel = k . x
• Força de atrito estático: Fate = μe . Fn
• Força de atrito cinético: Fatc = μc . Fn
• Força gravitacional: F = (G . M . m)/d²
• 3ª lei de Kepler: r³/T² = constante
• Momento da força: M = F . b
• Trabalho: w = F . d . cos θ
• Potência média: Potm = E/Δt
• Quantidade de movimento: Q = m . v
• Densidade: μ = m/V
• Pressão: p = Fn/A
• Pressão em uma coluna líquida: p = μ . g . h
• Teorema de Pascal: F1/A1 = F2/A2
• Teorema de Arquimedes: E = μ . v . g

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Exercícios de física mecânica que caíram no Enem 

E agora que você já entendeu o que estuda a física mecânica e seus principais conceitos, vamos entender como ela cai no Enem através de exercícios! 

Você encontra os gabaritos das questões ao final da seção, e se quiser treinar com mais questões pode acessar todas as provas do Enem neste link. 

Questão 1 – Enem 2018 

Visando a melhoria estética de um veículo, o vendedor de uma loja sugere ao consumidor que ele troque as rodas de seu automóvel de aro 15 polegadas para aro 17 polegadas, o que corresponde a um diâmetro maior do conjunto roda e pneu. 

Duas consequências provocadas por essa troca de aro são: 

1. Elevar a posição do centro de massa do veículo tornando-o mais instável e aumentar a velocidade do automóvel em relação à indicada no velocímetro.
2. Abaixar a posição do centro de massa do veículo tornando-o mais instável e diminuir a velocidade do automóvel em relação à indicada no velocímetro.
3. Elevar a posição do centro de massa do veículo tornando-o mais estável e aumentar a velocidade do automóvel em relação à indicada no velocímetro.
4. Abaixar a posição do centro de massa do veículo tornando-o mais estável e diminuir a velocidade do automóvel em relação à indicada no velocímetro.
5. Elevar a posição do centro de massa do veículo tornando-o mais estável e diminuir a velocidade do automóvel em relação à indicada no velocímetro.

Questão 2 – Enem 2010 

Usando pressões extremamente altas, equivalentes às encontradas nas profundezas da Terra ou em um planeta gigante, cientistas criaram um novo cristal capaz de armazenar quantidades enormes de energia. Utilizando-se um aparato chamado bigorna de diamante, um cristal de difluoreto de xenônio (XeF2) foi pressionado, gerando um novo cristal com estrutura supercompacta e enorme quantidade de energia acumulada. 

Inovação Tecnológica. Disponível em: http://www.inovacaotecnologica.com.br. Acesso em: 07 jul. 2010 (adaptado). 

Embora as condições citadas sejam diferentes do cotidiano, o processo de acumulação de energia descrito é análogo ao da energia 

1. armazenada em um carrinho de montanha russa durante o trajeto.
2. armazenada na água do reservatório de uma usina hidrelétrica.
3. liberada na queima de um palito de fósforo.
4. gerada nos reatores das usinas nucleares.
5. acumulada em uma mola comprimida.

Questão 3 – Enem 2013 

Quando a luz branca incide em uma superfície metálica, são removidos elétrons desse material. Esse efeito é utilizado no acendimento automático das luzes nos postes de iluminação, na abertura automática das portas, no fotômetro fotográfico e em sistemas de alarme. 

Esse efeito pode ser usado para fazer a transformação de energia 

1. nuclear para cinética.
2. elétrica para radiante.
3. térmica para química.
4. radiante para cinética.
5. potencial para cinética.

Questão 4 – Enem 2012 

Um automóvel, em movimento uniforme, anda por uma estrada plana, quando começa a descer uma ladeira, na qual o motorista faz com que o carro se mantenha sempre com velocidade escalar constante. 

Durante a descida, o que ocorre com as energias potencial, cinética e mecânica do carro? 

1. A energia mecânica mantém-se constante, já que a velocidade escalar não varia e, portanto, a energia cinética é constante.
2. A energia cinética aumenta, pois a energia potencial gravitacional diminui e quando uma se reduz, a outra cresce.
3. A energia potencial gravitacional mantém-se constante, já que há apenas forças conservativas agindo sobre o carro.
4. A energia mecânica diminui, pois a energia cinética se mantém constante, mas a energia potencial gravitacional diminui.
5. A energia cinética mantém-se constante, já que não há trabalho realizado sobre o carro.

Questão 5 – Enem 2012 

Os carrinhos de brinquedo podem ser de vários tipos. 

Dentre eles, há os movidos a corda, em que uma mola em seu interior é comprimida quando a criança puxa o carrinho para trás. Ao ser solto, o carrinho entra em movimento enquanto a mola volta à sua forma inicial. 

O processo de conversão de energia que ocorre no carrinho descrito também é verificado em 

1. um dínamo.
2. um freio de automóvel.
3. um motor a combustão.
4. uma usina hidroelétrica.
5. uma atiradeira (estilingue).

Gabarito 

Agora, confira as respostas para as questões: 

• Questão 1 – Alternativa A 
• Questão 2 – Alternativa E 
• Questão 3 – Alternativa D 
• Questão 4 – Alternativa D 
• Questão 5 – Alternativa E