Você sabe o que é uma polia e para que serve? Sabe a diferença entre uma polia fixa e uma móvel? Sabe como associar corretamente polias? Aprenda todas as respostas para esta pergunta e muito mais nesta aula de Física Enem!
Nessa aula você irá compreender tudo sobre polias para aprender a resolver os principais tipos de exercícios envolvendo movimento circular no Enem e nos vestibulares.
Você vai aprender também sobre as forças existentes no movimento circular, força centrípeta e força tangencial. Fique com a gente nesta aula de Física para o Enem e bons estudos!
Introdução ao Movimento Circular – Veja agora um resumo de apresentação do tema com o professor de física Antônio Martins, o “Tonho” do canal do Curso Enem Gratuito. Ele vai te explicar recuperando a façanha das roldanas de Arquimedes:
O que são polias
As polias, também conhecidas como roldanas, são exemplos de máquinas simples que podem aliviar muito o esforço necessário. Em outras palavras mais técnicas, a polia é um mecanismo de rolamento associado a um eixo e a um sistema de fixação por onde passa uma corda ou um cabo.
Existem dois tipos de polias: fixa e móvel. As duas funcionam como uma alavanca, pois aliviam o esforço. Uma extremidade da corda é presa ao objeto que se quer levantar. Nesse ponto, atua a chamada “força resistente” (que “resiste” ao movimento). Na outra extremidade, a pessoa puxa a corda, realizando “força potente” (que pode realizar o movimento).
Alguns exemplos do uso de polias em nosso dia a dia são o guindaste e o sistema usado pelo guincho para içar outro carro.
Tipos de polias
Existem dois tipos de polias: a fixa e a móvel. Vamos, agora, ver as particularidades de cada uma delas:
Polia fixa
Nesse tipo de polia o eixo de rotação está grudado, fixo em um suporte, como um teto, uma parede ou o braço de um guindaste. A única vantagem desse tipo de polia é que ela permite a mudança da direção da força aplicada (força potente).
Nesta roldana não existe ganho de força, a força potente é igual a força resistente. Vide desenho abaixo:
Nesta imagem acima vemos a representação de uma roldana fixa. Veja que a roldana está fixa no teto. Nela há uma corda. Em uma das pontas da corda há um bloco que tem massa e, portanto, peso.
O peso do bloco, por “puxá-lo” para baixo, pode ser considerado a força resistente. Na outra ponta da corda vemos um vetor representando a força aplicada, por exemplo, por uma pessoa que puxa a corda. Neste caso, estamos falando da força potente.
Polia móvel
Como o próprio nome diz, a polia é móvel, ou seja, ela não está fixada em nenhum ponto. Ela se move quando o fio ou cabo que a envolve é solto ou puxado. Nesse tipo de polia existe ganho de força, aqui a força potente não é igual a força resistente.
Vide desenho abaixo:
No esquema acima, temos duas polias associadas. A polia da esquerda é uma polia fixa. Como vimos, ela não diminui a força necessária para movimentar os corpos presos ela. Ela apenas inverte as forças, facilitando o trabalho.
Porém, há outra polia ligada a ela. Esta polia não está fixa em ponto algum. Note que nesta polia temos um bloco preso ao seu centro. Note ainda as pontas das cordas que a sustentam: uma está ligado ao teto e outra a outra polia fixa.
Sendo assim, a força aplicada para manter o sistema em equilíbrio seria metade do seu peso. Isso porque se você fosse puxar essa corda você dividiria a força necessária com o teto, que “segura” a outra ponta.
Sendo assim, a cada polia móvel, temos a força potente dividida por 2. Isso significa que se você tiver 2 polias móveis, a força resistente necessária será ¼ e, se tiver 3 polias a força necessária será apenas 1/8. Isso é o que chamamos de associação de polias.
Para facilitar as contas, existe uma fórmula para esse cálculo! Veja:
Onde 
representa a quantidade de polias móveis existentes.
Entendeu? Beleza! Agora, vamos ver um exemplo?
Um homem está para suspender uma caixa de massa 10 kg utilizando o sistema de associação de polias conforme abaixo. Determine a força necessária para conseguir seu intento. Admita g = 9,8 m/s2.
Resolução:
- A força resistente é a força peso e é calculada por P = m.g
- Então a força resistente é 98N (P= 10.9,8= 98 N).
- Usando a fórmula para o cálculo da força potente, temos:
Não esqueça que substituímos o n por dois porque temos duas polias móveis associadas. Fácil, hein!?
Forças no movimento circular
Já sabemos que o movimento circular possui duas características:
- Sua trajetória é sempre uma circunferência ou uma parte de uma;
- E a velocidade do móvel varia a cada instante: mesmo que o módulo da velocidade permaneça constante, a direção do vetor velocidade necessariamente varia.
A cada instante, mesmo que o módulo da velocidade fique constante, a direção e sentido de um corpo em movimento circular mudam. Então, podemos dizer que a velocidade vetorial varia. Isso nos permite falarmos sobre a aceleração média vetorial.
A aceleração média vetorial é a resultante de duas acelerações, a tangencial e a centrípeta.
Essa resultante tem sempre que apontar para dentro da circunferência para que o movimento continue sendo circular. Para entendermos melhor, podemos decompor essa resultante em de duas componentes perpendiculares (ortogonais).
Uma delas será a aceleração tangencial (denominada força tangencial), pois é uma força que mantém a velocidade sempre tangente a curva. A outra, aceleração centrípeta, é denominada força centrípeta, pois sempre apontará para o centro da circunferência.
Agora fica fácil entender o porquê de um corpo, quando em alta velocidade, não consegue fazer certa curva, certo? Neste caso, a força tangencial está maior que a força centrípeta de tal maneira que a resultante não aponta para dentro da curva. Dessa maneira, o veículo pode sair da pista, saindo pela tangente!
Para entendermos ainda melhor esse movimento, vejamos como calcular cada uma dessas duas componentes:
ACELERAÇÃO TANGENCIAL:
ACELERAÇÃO CENTRÍPETA: 
Sendo “v” a velocidade no instante observado e “r” o raio da circunferência.
Em se tratando de forças, a força centrípeta pode ser calculada por:
Força centrífuga: Você já deve ter olhado uma máquina de lavar roupas funcionando. Conforme ela gira internamente, as roupas ficam como que grudadas nas laterais. A força responsável desse efeito é a força centrifuga.
Outro exemplo, é quando amarramos um copo com pouco de água em um barbante e começamos a girá-lo. A água não cai devido à força centrifuga que faz com que a água fique no fundo do copo.
Resumo sobre Força Resultante
Para finalizar, assista ao resumo com a professora Lia, com as dicas exatas sobre o cálculo da Força Resultante:
Exercícios sobre polias
Agora, que tal testar seus conhecimentos tentando fazer as questões sobre polias e movimentos circulares que selecionei para você?
1 – (ENEM/2016)
Uma invenção que significou um grande avanço tecnológico na Antiguidade, a polia composta ou a associação de polias, é atribuída a Arquimedes (287 a.C. a 212 a.C.). O aparato consiste em associar uma série de polias móveis a uma polia fixa. A figura exemplifica um arranjo possível para esse aparato. É relatado que Arquimedes teria demonstrado para o rei Hierão um outro arranjo desse aparato, movendo sozinho, sobre a areia da praia, um navio repleto de passageiros e cargas, algo que seria impossível sem a participação de muitos homens. Suponha que a massa do navio era de 3 000 kg, que o coeficiente de atrito estático entre o navio e a areia era de 0,8 e que Arquimedes tenha puxado o navio com uma força , paralela à direção do movimento e de módulo igual a 400 N. Considere os fios e as polias ideais, a aceleração da gravidade igual a 10 m/s2 e que a superfície da praia é perfeitamente horizontal.
O número mínimo de polias móveis usadas, nessa situação, por Arquimedes foi
a) 3.
b) 6.
c) 7.
d) 8.
e) 10.
2 – (UFPA/2010)
Em uma obra foram montados dois sistemas usando-se polias: o sistema A, composto por três polias, duas móveis e uma fixa, e o sistema B, composto por duas polias, uma fixa e a outra móvel, conforme as figuras. Ambos destinam-se a elevar cargas de mesmo peso P a uma mesma altura a partir do solo, em movimento uniforme.
Considerando o ângulo θ = 45º, desprezíveis os pesos das roldanas e cordas, bem como atritos ou resistências passivas, analise as afirmações abaixo:
I. A força motora que equilibra a carga P no sistema B é menor que no sistema A.
II. Usando o sistema A, deve-se aplicar força motora igual à metade da carga P.
III. Usando o sistema B, a relação entre a carga P e a força motora é, aproximadamente, 1,4.
IV. Em ambos os sistemas, A ou B, o trabalho motor será igual ao trabalho resistente.
Estão corretas as afirmativas:
Use, se necessário: sen 45º = cos 45º = 0,7
a) I e II
b) II e III
c) I e IV
d) III e IV
e) II e IV
Gabarito:
- B
- D
