Questão 76 Fuvest 2023 - 1ª fase

O enunciado nos diz que "(...) com uma combinação de forças verticais de suporte e forças horizontais propulsivas geradas pelo movimento de suas patas na água, o lagarto consegue obter impulso resultante para cima e para frente (...)"

Basicamente, o animal bate na água empurrando-a para baixo e, pelo princípio da ação e reação, a água exerce uma força sobre o aninal que é para cima. Esta força vertical e para cima exercida pela água equilibra a força peso do animal e o impede de afundar.

Ao mesmo tempo, o animal também empurra a água para trás e a água, por sua vez, empurra o animal para frente permitindo o seu deslocamento. A figura a seguir ilustra as forças que podem estar atuando sobre o animal em um determinado instante. Na situação ilustrada, o lagarto estaria em um movimento acelerado.

Um detalhe importante presente na figura do enunciado é a pata do animal causando movimento e turbilhões na água abaixo da superfície, o que evidencia o rompimento da tensão superficial do líquido e o uso da viscosidade da água em sua propulsão.

Análise das alternativas.

a) Correta. Conforme discutido acima, a componente vertical da força exercida pela água compensa a força peso.

b) Incorreta. Neste caso não temos um sistema em equilíbrio hidrostático, uma vez que o animal utiliza o movimento da água para se sustentar, portanto não podemos explicar a dinâmica do sistema com base no princípio de Arquimedes. Segundo tal princípio, a força de empuxo agindo sobre um corpo submerso é oposta à gravidade e possui módulo dado por $E={\rho }_{liq}·g·V_{sub}$, em que ${\rho }_{liq}$ é a densidade do fluido, $g$ é a aceleração da gravidade e $V_{sub}$ é o volume submerso do corpo. Nesse caso, apenas uma pequena fração do corpo do animal está submersa, de modo que o empuxo não é intenso o suficiente para impedir que o animal afunde; isto que é evidenciado pelo papel da força viscosa da água.

c) Incorreta. Por ser um meio viscoso, a água oferece uma força de resistência ao movimento (das patas, nesse caso) que é importante para que o animal se locomova, contrariando a afirmação desta alternativa.

d) Incorreta. Este animal vive próximo a rios e lagoas, portanto próximo à água doce. Além disso, a salinidade da água teria influência mais significativa no empuxo e, como vimos no item (b), não é o empuxo o  principal responsável pelo lagarto andar sobre a água.

e) Incorreta. O animal possui massa tal que somente a tensão superficial da água é incapaz de sustentá-lo, ainda que esta tensão possa influenciar em sua capacidade de locomoção. A tensão superficial pode ser responsável, sim, pela sustentação de animais sobre a água, porém de animais de muito menor razão entre suas massas e as áreas de suas patas em contato com a água.

Informação extra. Para mais detalhes, vale a pena ver a matéria e as referências no link a seguir.

https://physicsworld.com/a/geckos-sprint-on-water-using-surface-tension-and-body-motion/