Uma academia decide trocar gradualmente seus aparelhos de musculação

Você está resolvendo uma prova de física e encontra uma situação aparentemente familiar: uma academia decide trocar gradualmente seus aparelhos de musculação. Dois equipamentos levantam pesos por meio de cabos e polias, mas o enunciado pergunta qual deve ser a relação entre as massas para que o esforço aplicado seja igual. Parece uma questão sobre treino. Na verdade, o desafio está no funcionamento das roldanas.

A resposta é 2, alternativa D. Na questão do Enem 2023, a massa levantada no aparelho do tipo 2 precisa ser o dobro da massa do tipo 1 para que a força aplicada seja a mesma. Isso acontece porque o primeiro aparelho utiliza apenas polias fixas, enquanto o segundo possui uma polia móvel que sustenta a carga por dois trechos de corda.

O detalhe que confunde muita gente é olhar para o número de polias sem perceber o que cada uma faz. Uma roldana pode simplesmente mudar a direção da força ou reduzir a força necessária para levantar determinado peso. São funções diferentes, e a questão foi construída justamente para verificar se o estudante entende essa diferença.

Qual é a resposta da questão da academia do Enem 2023?

A resposta correta é a alternativa D, que apresenta a razão M2/M1 igual a 2. Isso significa que a massa do segundo aparelho deve ser duas vezes maior que a do primeiro quando o objetivo é manter a mesma força aplicada pelo usuário.

O enunciado informa que os frequentadores podem utilizar dois tipos de aparelhos. No tipo 1, o sistema contém polias fixas. No tipo 2, existe uma polia móvel associada à carga, além das polias que orientam o caminho do cabo.

A pergunta solicita a relação entre as massas M1 e M2, considerando que ambas são levantadas com velocidade constante.

Esse último detalhe é essencial. Como a velocidade não muda, a aceleração é zero. Pela segunda lei de Newton, a força resultante também deve ser zero.

Em outras palavras, as forças que atuam sobre a carga ficam equilibradas durante o movimento idealizado. Não existe aceleração adicional que precise entrar no cálculo.

O problema ainda estabelece três condições: cordas inextensíveis, massas das cordas e polias desprezíveis e ausência de dissipação de energia. São simplificações que permitem calcular a força sem considerar atrito ou perdas mecânicas.

Portanto, não é necessário conhecer a massa exata de cada carga ou utilizar um valor numérico para a gravidade. A relação entre as massas aparece diretamente quando comparamos os sistemas.

Esse é o caminho mais curto para resolver a questão sem depender de decorar a letra do gabarito.

Como funcionam as polias fixas e móveis?

A polia fixa muda a direção da força sem reduzir sua intensidade no modelo ideal. Já uma polia móvel sustentada por dois trechos de cabo permite equilibrar uma carga com uma força correspondente à metade de seu peso.

Pense em uma pessoa puxando uma corda para cima ou para baixo. Dependendo do caminho do cabo, a carga pode subir mesmo quando a força é aplicada em outra direção.

Essa mudança de direção facilita a organização do equipamento, mas não significa necessariamente que levantar o peso ficou mais leve.

No aparelho do tipo 1, todas as polias são fixas. Elas conduzem o cabo por diferentes posições, porém a tensão transmitida pela corda ideal permanece com a mesma intensidade.

Se o peso da carga é representado por M1 multiplicado pela aceleração da gravidade, a força necessária para mantê-la em movimento com velocidade constante também corresponde a esse valor.

No aparelho do tipo 2, a situação muda porque uma polia acompanha a carga durante a subida. Dois segmentos de corda sustentam esse conjunto.

Como a tensão é igual nos dois segmentos, cada um contribui para sustentar o peso. A soma das forças de sustentação equivale ao peso total da carga.

É daí que aparece a vantagem mecânica: a força aplicada pelo usuário pode ser menor que o peso levantado.

Mas existe uma contrapartida. Para elevar a carga por determinada distância, a pessoa precisa puxar um comprimento maior de corda. No sistema ideal da questão, o cabo precisa percorrer o dobro do deslocamento vertical da carga.

A física não está oferecendo trabalho gratuito. Ela permite trocar uma força menor por um deslocamento maior, mantendo a relação entre trabalho e energia.

Isso explica por que dois aparelhos podem apresentar massas diferentes nas placas e, ainda assim, exigir esforços semelhantes em determinadas condições.

Como calcular a razão entre M2 e M1?

O cálculo consiste em escrever a condição de equilíbrio de cada aparelho e igualar as forças aplicadas. Como o primeiro sistema transmite diretamente a tensão à carga e o segundo possui dois trechos sustentando a polia móvel, as equações são diferentes.

No aparelho do tipo 1, a força aplicada corresponde ao peso da carga:

F = M1 × g

Nessa expressão, F é a intensidade da força exercida pelo usuário, M1 é a massa levantada e g representa a aceleração da gravidade.

No aparelho do tipo 2, dois trechos da corda exercem forças de mesma intensidade sobre o conjunto móvel. Portanto:

2F = M2 × g

Isolando F, temos:

F = (M2 × g) / 2

O enunciado pede que a força aplicada seja igual nos dois aparelhos. Basta então igualar as expressões:

M1 × g = (M2 × g) / 2

A aceleração da gravidade aparece nos dois lados e pode ser cancelada:

M1 = M2 / 2

Multiplicando os dois lados por 2:

M2 = 2 × M1

Assim, a razão solicitada é:

M2 / M1 = 2

Isso confirma a alternativa D.

Para visualizar o resultado, considere um exemplo matemático hipotético. Se o aparelho do tipo 1 levanta uma massa de 10 kg, o aparelho do tipo 2 poderia levantar 20 kg com a mesma intensidade de força aplicada, desde que respeitadas as condições ideais do problema.

Observe que 10 kg e 20 kg são massas, não forças. A força é medida em newtons e depende também da gravidade. Misturar essas duas grandezas é um erro comum nas questões de mecânica.

Outra confusão aparece quando alguém multiplica a massa pelo número total de polias. Isso não funciona. O que interessa é identificar quantos trechos de corda sustentam a carga móvel e como estão organizados.

Por que o peso marcado no aparelho nem sempre representa o esforço?

O peso indicado nas placas de uma máquina não determina sozinho a força que o usuário precisa aplicar. O mecanismo de transmissão, as polias, as alavancas e o atrito também influenciam o esforço necessário.

Na questão do Enem, os aparelhos são idealizados para que o cálculo dependa apenas da configuração das roldanas. Nas academias reais, o funcionamento pode ser mais complexo.

Uma máquina pode utilizar polias fixas para conduzir o cabo até uma posição confortável. Outra pode utilizar polias móveis para modificar a relação entre a carga selecionada e a força aplicada.

Existem também equipamentos que combinam cabos, alavancas e mecanismos cuja resistência muda ao longo da amplitude do movimento.

Por isso, selecionar determinada massa em uma máquina não significa necessariamente experimentar a mesma resistência em outra.

Quem frequenta uma academia de musculação pode perceber essa diferença ao mudar de equipamento. Uma carga utilizada confortavelmente em uma máquina pode parecer mais exigente em outra, mesmo quando os números apresentados são iguais.

Isso não indica automaticamente que um dos aparelhos esteja errado. Pode ser consequência de construções mecânicas diferentes, ajustes individuais e condições de manutenção.

Ao avaliar uma estação de academia, vale observar não apenas a quantidade de exercícios disponíveis, mas também os ajustes, a trajetória dos cabos, a estabilidade e as informações técnicas do fabricante.

A segurança merece atenção especial. Cabos desgastados, roldanas danificadas e travamentos precisam ser avaliados por profissionais responsáveis pela manutenção. O usuário não deve tentar corrigir esses mecanismos improvisando peças ou modificando o sistema de pesos.

E existe um cuidado adicional: a relação de 2 para 1 encontrada na prova não pode ser aplicada automaticamente a qualquer máquina de musculação. Ela é válida para a configuração apresentada e para as hipóteses estabelecidas no enunciado.

O que essa questão ensina para quem treina musculação?

A principal lição prática é que a massa selecionada no equipamento e o esforço muscular não são exatamente a mesma coisa. A mecânica da máquina influencia a resistência transmitida, enquanto o corpo ainda precisa lidar com postura, amplitude, velocidade e controle do movimento.

Quando uma academia substitui seus aparelhos, não faz sentido presumir que todos os alunos devam utilizar imediatamente os mesmos números de carga.

O mais prudente é ajustar o equipamento à pessoa e testar uma resistência que permita executar o movimento corretamente, com supervisão quando necessária.

Um educador físico pode orientar esses ajustes considerando experiência, força, limitações articulares e objetivos individuais.

Isso vale inclusive para pessoas que fazem musculação com foco no controle do peso corporal. Um treino para emagrecimento pode incluir exercícios resistidos para trabalhar a musculatura, mas não depende de escolher a máquina que apresenta o maior número de quilos.

A musculação ajuda no desenvolvimento e na manutenção da força muscular. Quando associada a uma alimentação adequada e a outros hábitos de saúde, também pode contribuir para o controle do peso. Nenhum desses resultados é garantido simplesmente por aumentar a carga selecionada.

Na prática, mudanças entre máquinas exigem adaptação. A trajetória pode ser diferente, a posição do corpo pode mudar e a carga percebida também. Comparar apenas os números registrados no treino pode esconder essas diferenças.

Na prova, entretanto, a análise é mais objetiva. Não entram características do aluno, fadiga muscular ou conforto articular. O problema considera somente as forças necessárias para elevar as massas com velocidade constante em dois sistemas ideais.

Essa separação ajuda a estudar corretamente: as equações resolvem a questão de física, enquanto a escolha da carga de treino depende de fatores que vão muito além delas.

Se encontrar novamente esse exercício, identifique primeiro quais polias são móveis e quantos segmentos de corda sustentam a carga. Depois escreva as condições de equilíbrio. Para os aparelhos apresentados no Enem 2023, o resultado permanece M2/M1 = 2, alternativa D.