(One) Um cientista realiza experimentos de medição de massa usando uma balança em quatro situações distintas: em órbita, em queda livre, em descida acelerada e em subida acelerada. Ele registra os seguintes resultados:
1. Em órbita, a balança registra uma massa de 68 kg.
2. Em queda livre, a balança registra uma massa de 0 kg.
3. Em descida acelerada, a balança registra uma massa de 60 kg.
4. Em subida acelerada, a balança registra uma massa de 90 kg.
Com base nessas informações, associe cada situação à explicação correta:
A) a balança registra a massa real do objeto, pois está em queda livre em torno.
B) a balança registra uma massa menor do que a real devido à microgravidade.
C) a balança registra uma massa menor do que a real devido à aceleração para baixo.
D) a balança registra uma massa maior do que a real devido à aceleração para cima.
Selecione a alternativa que associa corretamente cada situação à explicação correspondente:
a) A – 2, B – 3, C – 1, D – 4
b) A – 1, B – 2, C – 4, D – 3
c) A – 2, B – 1, C – 3, D – 4
d) A – 3, B – 4, C – 2, D – 1
e) A – 4, B – 3, C – 1, D – 2
Escolha a alternativa que melhor corresponde às explicações para cada situação de medição de massa.
Resolução
Essa questão é sobre como a balança em quatro situações distintas mede a força contraria ao Peso de um objeto em diferentes situações de movimento. A balança funciona comparando a força exercida pelo objeto sobre ela com uma força de referência, que pode ser a força elástica de uma mola ou a força reação normal. A massa de um objeto é uma propriedade que não depende do movimento ou da gravidade, mas o peso de um objeto é a força gravitacional que atua sobre ele, e depende da aceleração da gravidade do local².
A medição de massa por meio de uma balança é fundamental em diversas áreas da ciência e da vida cotidiana. No entanto, é importante destacar que a balança não mede diretamente a massa de um objeto, mas sim a força que atua sobre ele, que é o peso. O peso é a resultante da força gravitacional que age sobre o objeto devido à interação gravitacional com um corpo celeste, como a Terra. A magnitude do peso é determinada pela aceleração da gravidade local, que pode variar dependendo da localização na Terra ou de fatores externos, como a altitude.
Vamos analisar cada situação e ver qual explicação é correta:
1. Em órbita, a balança registra uma massa de 68 kg. Letra B.
Nessa situação, o objeto e a balança estão em queda livre em torno da Terra, ou seja, eles estão sob a influência da gravidade, mas não sentem o seu efeito, pois estão em movimento circular com a mesma velocidade angular da Terra. No entanto, a balança registra uma massa diferente de zero, pois ela usa uma força de referência interna para comparar com a força do objeto. Essa força pode ser a força elástica de uma mola calibrada na superfície da Terra, por exemplo. Assim, a balança registra uma massa menor do que a real devido à gravidade ter valor menor quando comparado a superfície terrestre.
2. Em queda livre, a balança registra uma massa de 0 kg. Letra A.
Nessa situação, o objeto e a balança estão em queda livre na direção da Terra, ou seja, eles estão sob a influência da gravidade, e sentem o seu efeito, pois estão em movimento retilíneo com aceleração constante. Isso significa que o peso do objeto é igual à sua massa multiplicada pela aceleração da gravidade. No entanto, a balança registra uma massa igual a zero, pois ela não consegue comparar a força do objeto com nenhuma força de referência. Isso ocorre porque tanto o objeto quanto a balança estão acelerando com a mesma taxa, e não há nenhuma diferença de pressão sobre a balança. Assim, a balança registra a massa real do objeto, pois está em queda livre em torno.
3. Em descida acelerada, a balança registra uma massa de 60 kg. Letra C.
Nessa situação, o objeto e a balança estão em movimento retilíneo com aceleração constante para baixo, ou seja, eles estão sob a influência da gravidade e de uma força externa que os empurra para baixo. Isso significa que o peso do objeto é maior do que sua massa multiplicada pela aceleração da gravidade. No entanto, a balança registra uma massa menor do que a real, pois ela usa uma força de referência interna para comparar com a força do objeto. Essa força pode ser a força elástica de uma mola calibrada na superfície da Terra, por exemplo. Assim, a balança registra uma massa menor do que a real devido à aceleração para baixo.
4. Em subida acelerada, a balança registra uma massa de 90 kg. Letra D.
Nessa situação, o objeto e a balança estão em movimento retilíneo com aceleração constante para cima, ou seja, eles estão sob a influência da gravidade e de uma força externa que os empurra para cima. Isso significa que o peso do objeto é menor do que sua massa multiplicada pela aceleração da gravidade. No entanto, a balança registra uma massa maior do que a real, pois ela usa uma força de referência interna para comparar com a força do objeto. Essa força pode ser a força elástica de uma mola calibrada na superfície da Terra, por exemplo. Assim, a balança registra uma massa maior do que a real devido à aceleração para cima.
A alternativa que contém essas associações da balança em quatro situações distintas é: c) A – 2, B – 1, C – 3, D – 4
Nas quatro situações apresentadas, a balança é utilizada para medir a massa dos objetos, mas os resultados variam devido às diferentes forças atuantes em cada caso.
É importante compreender a distinção entre massa e peso. A massa de um objeto é uma medida intrínseca da quantidade de matéria presente nele e é uma constante universal, não dependendo de onde o objeto está localizado.
Por outro lado, o peso de um objeto é a força gravitacional que age sobre ele, e varia de acordo com a aceleração da gravidade local.
A relação entre massa e peso é dada pela fórmula Peso = Massa x Aceleração da Gravidade.
