Questão 73 Fuvest 2026 - 1ª fase
Uma definição possível de equilíbrio mecânico estável é a seguinte:
“Se um corpo está em uma posição de equilíbrio mecânico e, ao sofrer pequenos deslocamentos em torno dessa posição, sua tendência for retornar à posição original de equilíbrio, dizemos que o equilíbrio é estável.”
As imagens a seguir mostram uma colher em diferentes situações de equilíbrio mecânico em cima de uma xícara.
Com base na definição apresentada e nos seus conhecimentos, quais imagens ilustram situações em que a colher está em equilíbrio estável em relação a pequenos deslocamentos nas direções indicadas pelas setas?
| a) |
1 e 2 |
| b) |
2 e 4 |
| c) |
1 e 3 |
| d) |
3 e 4 |
| e) |
2 e 3 |
A resolução desta questão baseia-se na aplicação da definição de equilíbrio mecânico estável fornecida no enunciado:
"Se um corpo está em uma posição de equilíbrio mecânico e, ao sofrer pequenos deslocamentos em torno dessa posição, sua tendência for retornar à posição original de equilíbrio, dizemos que o equilíbrio é estável."
Em termos de energia potencial, um corpo está em equilíbrio estável quando se encontra em um ponto de mínimo de energia potencial. Um pequeno deslocamento resulta em uma força restauradora que o empurra de volta à posição de equilíbrio. Analisaremos cada situação considerando as representações típicas dessas situações.
Situação 1
A colher está em uma posição de equilíbrio e o deslocamento indicado move o ponto mais baixo da base da colher para fora da borda da xícara, o que tende a fazê-la escorregar mais para fora. Logo, ao ser ligeiramente deslocada, a colher tende a se afastar da posição original e trata-se de um equilíbrio instável.
Situação 2
A parte côncava da colher está em contato com a borda da xícara, de modo que o deslocamento indicado move a colher mais para cima, o que tende a fazê-la cair de volta para a borda da xícara no ponto mais baixo. Trata-se, portanto, de um equilíbrio estável.
Situação 3
Similar à situação 2 anterior, a colher está apoiada na alça xícara com uma parte côncava em contato, porém agora a análise é um pouco mais delicada. Ao abaixar o lado direito da colher (cabo) como mostrado na figura, o ponto de contato entre a colher e a alça desloca-se para a direita, o que faz uma maior parte da colher ficar à esquerda do ponto de apoio, tombando-a de volta para a posição de equilíbrio.
Em termos de grandezas físicas, nesse caso a rotação no sentido horário (descer o cabo da colher) gera um torque maior no sentido anti-horário (descer o recipiente da colher). Com isso, trata-se de um equilíbrio estável.
Situação 4
A colher está em uma posição de equilíbrio em que um pequeno deslocamento lateral não é acompanhado por uma força ou um torque restaurador; pelo contrário, ao ser deslizada lateralmente como a figura indica, o ponto de contato entre a colher e a borda da xícara se desloca lateralmente para a uma região onde a colher escorregará para fora da xícara, caindo. Assim, é um equilíbrio instável.
Conclusão
Em suma, as situações que ilustram o equilíbrio estável são 2 e 3. A alternativa correta é a (e).