Ciências da Natureza

Mecânica

Explicação

A Mecânica é um dos conteúdos mais frequentes em Física no ENEM, aparecendo em 15 questões nas edições anteriores, conforme nossa análise. Este tema é fundamental para compreender o movimento dos corpos, as forças que atuam sobre eles e os princípios de conservação que regem o universo físico.

O ENEM costuma avaliar a capacidade do estudante de interpretar situações cotidianas usando conceitos de mecânica, resolver problemas envolvendo movimento, forças e energia, analisar gráficos e tabelas, e relacionar esses conhecimentos com aplicações tecnológicas e fenômenos naturais.

Cinemática:

1. Conceitos Fundamentais:
   • Referencial: ponto a partir do qual se observa e descreve o movimento
   • Posição: localização de um corpo em relação ao referencial
   • Deslocamento: variação da posição (vetor)
   • Distância percorrida: comprimento da trajetória (escalar)
   • Velocidade: taxa de variação da posição em relação ao tempo
   • Aceleração: taxa de variação da velocidade em relação ao tempo
2. Movimento Retilíneo Uniforme (MRU):
   • Velocidade constante (aceleração nula)
   • Equação horária da posição: s = s₀ + v·t
   • Gráfico s × t: reta inclinada
   • Gráfico v × t: reta horizontal
   • Gráfico a × t: reta coincidente com o eixo do tempo
3. Movimento Retilíneo Uniformemente Variado (MRUV):
   • Aceleração constante
   • Equações horárias:
     • s = s₀ + v₀·t + (a·t²)/2
     • v = v₀ + a·t
     • v² = v₀² + 2·a·(s - s₀)
   • Gráfico s × t: parábola
   • Gráfico v × t: reta inclinada
   • Gráfico a × t: reta horizontal
4. Queda Livre e Lançamento Vertical:
   • Aceleração da gravidade (g ≈ 9,8 m/s²)
   • Queda livre: movimento de queda sob ação exclusiva da gravidade
   • Lançamento vertical: movimento vertical para cima e para baixo
   • Mesmas equações do MRUV, com a = g (para baixo) ou a = -g (para cima)
   • Tempo de subida = tempo de descida (em módulo)
   • Velocidade na subida e na descida: mesma magnitude, sentidos opostos
5. Lançamento Horizontal:
   • Composição de dois movimentos independentes:
     • Horizontal: MRU (v₀x constante)
     • Vertical: MRUV (a = g)
   • Equações paramétricas:
     • x = x₀ + v₀x·t
     • y = y₀ - (g·t²)/2
   • Trajetória: parábola
6. Lançamento Oblíquo:
   • Composição de dois movimentos independentes:
     • Horizontal: MRU (v₀x = v₀·cos θ)
     • Vertical: MRUV (v₀y = v₀·sen θ, a = g)
   • Equações paramétricas:
     • x = x₀ + (v₀·cos θ)·t
     • y = y₀ + (v₀·sen θ)·t - (g·t²)/2
   • Trajetória: parábola
   • Alcance horizontal: R = (v₀²·sen 2θ)/g
   • Altura máxima: H = (v₀²·sen² θ)/(2g)
7. Movimento Circular:
   • Movimento Circular Uniforme (MCU):
     • Velocidade angular constante (ω)
     • Velocidade tangencial: v = ω·r
     • Período: T = 2π/ω
     • Frequência: f = 1/T
     • Aceleração centrípeta: a_c = v²/r = ω²·r
   • Movimento Circular Uniformemente Variado (MCUV):
     • Aceleração angular constante (α)
     • Equações:
       • ω = ω₀ + α·t
       • θ = θ₀ + ω₀·t + (α·t²)/2
       • ω² = ω₀² + 2·α·(θ - θ₀)
     • Aceleração tangencial: a_t = α·r
     • Aceleração resultante: a = √(a_t² + a_c²)

Dinâmica:

1. Leis de Newton:
   • 1ª Lei (Princípio da Inércia): Um corpo permanece em repouso ou em movimento retilíneo uniforme, a menos que uma força resultante não nula atue sobre ele.
   • 2ª Lei (Princípio Fundamental da Dinâmica): A força resultante que atua sobre um corpo é igual ao produto de sua massa pela aceleração adquirida (F = m·a).
   • 3ª Lei (Princípio da Ação e Reação): A toda ação corresponde uma reação de mesma intensidade, mesma direção e sentido oposto.
2. Forças Fundamentais:
   • Força Peso: P = m·g (atração gravitacional da Terra)
   • Força Normal: N (reação de uma superfície ao contato com um corpo)
   • Força de Atrito: F_at = μ·N (resistência ao movimento entre superfícies)
     • Atrito estático: F_at ≤ μ_e·N
     • Atrito cinético: F_at = μ_c·N
   • Força Elástica: F_el = k·x (Lei de Hooke, para molas e materiais elásticos)
   • Tração: T (força exercida por cordas, cabos ou fios)
3. Aplicações das Leis de Newton:
   • Plano Horizontal: F_resultante = m·a
   • Plano Inclinado: componentes do peso (P_x = m·g·sen θ, P_y = m·g·cos θ)
   • Movimento Circular: força centrípeta (F_c = m·v²/r = m·ω²·r)
   • Sistemas de Corpos: aceleração comum, forças internas e externas
4. Lei da Gravitação Universal:
   • F = G·(m₁·m₂)/r² (G = 6,67 × 10⁻¹¹ N·m²/kg²)
   • Aceleração da gravidade: g = G·M/r² (M = massa da Terra, r = raio da Terra)
   • Variação de g com a altitude: g’ = g·[R/(R+h)]² (R = raio da Terra, h = altura)
   • Leis de Kepler:

Estática:

1. Condições de Equilíbrio: