Questão 109 do ENEM 2023 — Física
Uma academia decide trocar gradualmente seus aparelhos de musculação. Agora, os frequentadores que utilizam os aparelhos do tipo 1 podem também utilizar os aparelhos do tipo 2, representados na figura, para elevar cargas correspondentes às massas M1 e M2 com velocidade constante. A fim de que o exercício seja realizado com a mesma força F, os usuários devem ser orientados a respeito da relação entre as cargas nos dois tipos de aparelhos, já que as polias fixas apenas mudam a direção das forças, enquanto a polia móvel divide as forças.
Em ambos os aparelhos, considere as cordas inextensíveis, as massas das polias e das cordas desprezíveis e que não há dissipação de energia.
Para essa academia, qual deve ser a razão M2/M1 informada aos usuários?
Resolução comentada
No aparelho do tipo 1, as polias são fixas e apenas mudam a direção da força, então a força aplicada precisa ser igual ao peso de M1 (F = M1·g). No aparelho do tipo 2, M2 está pendurado em uma polia móvel, que divide a força em dois trechos de corda, de modo que F = M2·g/2. Igualando as duas forças, obtém-se M2 = 2·M1, ou seja, a razão M2/M1 é igual a 2.
O valor 1/2 é tentador para quem inverte o raciocínio: como a polia móvel permite levantar uma carga maior com a mesma força, é o aparelho 2 que suporta o dobro da massa do aparelho 1, e não o contrário.