Qual é a energia cinética associada a um automóvel de massa 750 kg com velocidade de 108 km h?

1 1. (Uerj 016) No solo da floresta amazônica, são encontradas partículas ricas em 1 fósforo, trazidas pelos ventos, com velocidade constante de 0,1m s, desde o deserto do Saara. Admita que uma das partículas contenha,0% em massa de fósforo, o que equivale a 15 1, 10 átomos desse elemento químico. A energia cinética de uma dessas partículas, em joules, ao ser trazida pelos ventos, equivale a: (Dado: MP 31g) 10 a) 0, b) 1, c), d) 3, (Uerj 016) Atualmente, o navio mais rápido do mundo pode navegar em velocidade superior a 100 km h. Em uma de suas viagens, transporta uma carga de 1000 passageiros e 150 carros. Admita, além da massa do navio, de kg, os seguintes valores médios m para as demais massas: m m passageiro carro: 1000 kg : 70 kg Estime, em MJ, a energia cinética do conjunto, no instante em que o navio se desloca com velocidade igual a 108 km h. 3. (Pucrj 015) Um elevador de 500 kg deve subir uma carga de,5 toneladas a uma altura de 0 metros, em um tempo inferior a 5 segundos. Qual deve ser a potência média mínima do motor do elevador, em kw? Dado: g 10 m / s a) 0

2 b) 16 c) 4 d) 38 e) (Enem 015) Um carro solar é um veículo que utiliza apenas a energia solar para a sua locomoção. Tipicamente, o carro contém um painel fotovoltaico que converte a energia do Sol em energia elétrica que, por sua vez, alimenta um motor elétrico. A imagem mostra o carro solar Tokai Challenger, desenvolvido na Universidade de Tokai, no Japão, e que venceu o World Solar Challenge de 009, uma corrida internacional de carros solares, tendo atingido uma velocidade média acima de 100 km h. Considere uma região plana onde a insolação (energia solar por unidade de tempo e de área que chega à superfície da Terra) seja de W m, que o carro solar possua massa de 00 kg e seja construído de forma que o painel fotovoltaico em seu topo tenha uma área de 9,0 m e rendimento de 30%. Desprezando as forças de resistência do ar, o tempo que esse carro solar levaria, a partir do repouso, para atingir a velocidade de 108 km h é um valor mais próximo de a) 1,0 s. b) 4,0 s. c) 10 s.

3 d) 33 s. e) 300 s. 5. (Pucrj 015) Um elevador de 500 kg deve subir uma carga de,5 toneladas a uma altura de 0 metros, em um tempo inferior a 5 segundos. Qual deve ser a potência média mínima do motor do elevador, em watts? Considere: g 10 m / s 3 a) b) c) d) 37, e) 1, (Enem PPL 015) Para irrigar sua plantação, um produtor rural construiu um reservatório a 0 metros de altura a partir da barragem de onde será bombeada a água. Para alimentar o motor elétrico das bombas, ele instalou um painel fotovoltaico. A potência do painel varia de acordo com a incidência solar, chegando a um valor de pico de 80 W ao meio-dia. Porém, entre as 11 horas e 30 minutos e as 1 horas e 30 minutos, disponibiliza uma potência média de 50 W. Considere a aceleração da gravidade igual a 10 m s e uma eficiência de transferência energética de 100%. Qual é o volume de água, em litros, bombeado para o reservatório no intervalo de tempo citado? a) 150 b) 50 c) 450 d) 900 e) (Uerj 015) Um carro, em um trecho retilíneo da estrada na qual trafegava, colidiu frontalmente com um poste. O motorista informou um determinado valor para a

4 velocidade de seu veículo no momento do acidente. O perito de uma seguradora apurou, no entanto, que a velocidade correspondia a exatamente o dobro do valor informado pelo motorista. Considere Ec 1 a energia cinética do veículo calculada com a velocidade informada pelo motorista e Ec aquela calculada com o valor apurado pelo perito. Ec A razão 1 Ec corresponde a: a) 1 b) 1 4 c) 1 d) 8. (Uerj 014) Duas gotas de orvalho caem de uma mesma folha de árvore, estando ambas a uma altura h do solo. As gotas possuem massas m 1 e m, sendo m m 1. Ao atingirem o solo, suas velocidades e energias cinéticas são, respectivamente, v 1, E 1 e v, E. v1 Desprezando o atrito e o empuxo, determine as razões v E. E e 1 9. (Uerj 013) Uma pessoa adulta, para realizar suas atividades rotineiras, consome em média, 500 kcal de energia por dia. Calcule a potência média, em watts, consumida em um dia por essa pessoa para realizar suas atividades. Utilize: 1 cal = 4, J. 10. (Uerj 013) Uma pequena caixa é lançada em direção ao solo, sobre um plano inclinado, com velocidade igual a 3,0 m/s. A altura do ponto de lançamento da caixa, em relação ao solo, é igual a 0,8 m. Considerando que a caixa desliza sem atrito, estime a sua velocidade ao atingir o solo. Utilize: Aceleração da gravidade = 10 m/s.

5 11. (Uerj 01) Uma pessoa empurrou um carro por uma distância de 6 m, aplicando uma força F de mesma direção e sentido do deslocamento desse carro. O gráfico abaixo representa a variação da intensidade de F, em newtons, em função do deslocamento d, em metros. Desprezando o atrito, o trabalho total, em joules, realizado por F, equivale a: a) 117 b) 130 c) 143 d) (Enem 011) Uma das modalidades presentes nas olimpíadas é o salto com vara. As etapas de um dos saltos de um atleta estão representadas na figura: Desprezando-se as forças dissipativas (resistência do ar e atrito), para que o salto atinja a maior altura possível, ou seja, o máximo de energia seja conservada, é necessário que

6 a) a energia cinética, representada na etapa I, seja totalmente convertida em energia potencial elástica representada na etapa IV. b) a energia cinética, representada na etapa II, seja totalmente convertida em energia potencial gravitacional, representada na etapa IV. c) a energia cinética, representada na etapa I, seja totalmente convertida em energia potencial gravitacional, representada na etapa III. d) a energia potencial gravitacional, representada na etapa II, seja totalmente convertida em energia potencial elástica, representada na etapa IV. e) a energia potencial gravitacional, representada na etapa I, seja totalmente convertida em energia potencial elástica, representada na etapa III. 13. (Pucrj 010) O Cristo Redentor, localizado no Corcovado, encontra-se a 710 m do nível no mar e pesa ton. Considerando-se g = 10 m/s, é correto afirmar que o trabalho total realizado para levar todo o material que compõe a estátua até o topo do Corcovado foi de, no mínimo: a) kj b) kj c) kj d) kj e) kj 14. (Uerj 010) Um objeto é deslocado em um plano sob a ação de uma força de intensidade igual a 5 N, percorrendo em linha reta uma distância igual a m. Considere a medida do ângulo entre a força e o deslocamento do objeto igual a 15º, e T o trabalho realizado por essa força. Uma expressão que pode ser utilizada para o cálculo desse trabalho, em joules, é T= 5 x x sen. Nessa expressão, equivale, em graus, a: a) 15 b) 30 c) 45 d) 75

7 15. (Enem 010) Com o objetivo de se testar a eficiência de fornos de micro-ondas, planejou-se o aquecimento em 10 C de amostras de diferentes substâncias, cada uma com determinada massa, em cinco fornos de marcas distintas. Nesse teste, cada forno operou à potência máxima. O forno mais eficiente foi aquele que a) forneceu a maior quantidade de energia às amostras. b) cedeu energia à amostra de maior massa em mais tempo. c) forneceu a maior quantidade de energia em menos tempo. d) cedeu energia à amostra de menor calor específico mais lentamente. e) forneceu a menor quantidade de energia às amostras em menos tempo. 16. (Uerj 010) Os esquemas a seguir mostram quatro rampas AB, de mesma altura AC e perfis distintos, fixadas em mesas idênticas, nas quais uma pequena pedra é abandonada, do ponto A, a partir do repouso. Após deslizar sem atrito pelas rampas I, II, III e IV, a pedra toca o solo, pela primeira vez, a uma distância do ponto B respectivamente igual a d I, d II, d III e d IV. A relação entre essas distâncias está indicada na seguinte alternativa:

8 a) d I > d II = d III > d IV b) d III > d II > d IV > d I c) d II > d IV = d I > d III d) d I = d II = d III = d IV 17. (Pucrj 010) Um carrinho de montanha-russa percorre um trecho horizontal (trecho 1) sem perda de energia, à velocidade de v 1 = 36 km/h. Ao passar por uma pequena subida de 3,75 m, em relação ao trecho horizontal anterior, o trem diminui sua velocidade, que é dada por v no ponto de maior altitude. Ao descer desse ponto mais alto, o carrinho volta a se movimentar em um novo trecho horizontal (trecho ) que é 1,8 m mais alto que o trecho horizontal 1. A velocidade do carrinho ao começar a percorrer este segundo trecho horizontal é dada por v 3. Nesse instante as rodas do carrinho travam e ele passa a ser freado (aceleração a) pela força de atrito constante com os trilhos. O carrinho percorre uma distância d = 40 m antes de parar. A aceleração da gravidade é g = 10 m/s. a) Calcule v. b) Calcule v 3. c) Calcule a aceleração de frenagem a devida ao atrito. d) Em quanto tempo o carrinho conseguiu parar? 18. (Uerj 010) Durante a Segunda Guerra Mundial, era comum o ataque com bombardeiros a alvos inimigos por meio de uma técnica denominada mergulho, cujo esquema pode ser observado a seguir.

9 O mergulho do avião iniciava-se a m de altura, e a bomba era lançada sobre o alvo de uma altura de 500 m. Considere a energia gravitacional do avião em relação ao solo, no ponto inicial do ataque, igual a E 1 e, no ponto de onde a bomba é lançada, igual a E. E 1 Calcule. E 19. (Enem ª aplicação 010) No nosso dia a dia, deparamo-nos com muitas tarefas pequenas e problemas que demandam pouca energia para serem resolvidos e, por isso, não consideramos a eficiência energética de nossas ações. No global, isso significa desperdiçar muito calor que poderia ainda ser usado como fonte de energia para outros processos. Em ambientes industriais, esse reaproveitamento é feito por um processo chamado de cogeração. A figura a seguir ilustra um exemplo de cogeração na produção de energia elétrica.

10 Em relação ao processo secundário de aproveitamento de energia ilustrado na figura, a perda global de energia é reduzida por meio da transformação de energia a) térmica em mecânica. b) mecânica em térmica. c) química em térmica. d) química em mecânica. e) elétrica em luminosa. 0. (Uerj 009) Em um supermercado, um cliente empurra seu carrinho de compras passando pelos setores 1, e 3, com uma força de módulo constante de 4 newtons, na mesma direção e mesmo sentido dos deslocamentos. Na matriz A a seguir, cada elemento a ij indica, em joules, o trabalho da força que o cliente faz para deslocar o carrinho do setor i para o setor j, sendo i e j elementos do conjunto {1,, 3}. Ao se deslocar do setor 1 ao, do setor ao 3 e, por fim, retornar ao setor 1, a trajetória

11 do cliente descreve o perímetro de um triângulo. Nessas condições, o cliente percorreu, em metros, a distância de: a) 35 b) 40 c) 45 d) (Enem 009) O esquema mostra um diagrama de bloco de uma estação geradora de eletricidade abastecida por combustível fóssil. Se fosse necessário melhorar o rendimento dessa usina, que forneceria eletricidade para abastecer uma cidade, qual das seguintes ações poderia resultar em alguma economia de energia, sem afetar a capacidade de geração da usina? a) Reduzir a quantidade de combustível fornecido à usina para ser queimado. b) Reduzir o volume de água do lago que circula no condensador de vapor. c) Reduzir o tamanho da bomba usada para devolver a água líquida à caldeira. d) Melhorar a capacidade dos dutos com vapor conduzirem calor para o ambiente. e) Usar o calor liberado com os gases pela chaminé para mover um outro gerador.

12 TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: O diagrama a seguir representa, de forma esquemática e simplificada, a distribuição da energia proveniente do Sol sobre a atmosfera e a superfície terrestre. Na área delimitada pela linha tracejada, são destacados alguns processos envolvidos no fluxo de energia na atmosfera.. (Enem 008) A chuva é um fenômeno natural responsável pela manutenção dos níveis adequados de água dos reservatórios das usinas hidrelétricas. Esse fenômeno, assim como todo o ciclo hidrológico, depende muito da energia solar. Dos processos numerados no diagrama, aquele que se relaciona mais diretamente com o nível dos reservatórios de usinas hidrelétricas é o de número a) I. b) II. c) III. d) IV. e) V. 3. (Enem 007) Com o projeto de mochila ilustrado na figura 1, pretende-se aproveitar, na geração de energia elétrica para acionar dispositivos eletrônicos portáteis, parte da energia desperdiçada no ato de caminhar. As transformações de energia

13 envolvidas na produção de eletricidade enquanto uma pessoa caminha com essa mochila podem ser esquematizadas conforme ilustrado na figura. - A mochila tem uma estrutura rígida semelhante à usada por alpinistas. - O compartimento de carga é suspenso por molas colocadas na vertical. - Durante a caminhada, os quadris sobem e descem em média cinco centímetros. A energia produzida pelo vai-e-vem do compartimento de peso faz girar um motor conectado ao gerador de eletricidade. As energias I e II, representadas no esquema anterior, podem ser identificadas, respectivamente, como a) cinética e elétrica. b) térmica e cinética. c) térmica e elétrica. d) sonora e térmica. e) radiante e elétrica.

14 Gabarito: Resposta da questão 1: [B] [Resposta do ponto de vista da disciplina de Física] Calculando a massa da partícula, considerando que a massa de fósforo corresponde a % dessa massa átomos 31 g , m 3,1 10 g , 10 átomos m m 3,110 kg. Calculando a energia cinética: 9 1 mv 3, E c Ec 1,55 10 J. [Resposta do ponto de vista da disciplina de Química] 15 Tem-se,0% em massa de fósforo, o que equivale a 1, 10 átomos desse elemento químico.

15 3 6,0 10 átomos de P 15 1, 10 átomos de P 8 mp 6, 10 g 8 6, 10 g,0 % m 100 % 31 g mp m 3,1 10 g 3,1 10 g m 3,110 kg 1 Ecinética m v E cinética (3,1 10 kg) (0,1 m.s ) 11 Ecinética 1,55 10 J Resposta da questão : Para calcular a energia cinética do conjunto, é necessário saber a massa total do mesmo. Para isso, pode-se escrever: mt mnavio mpassageiro mcarro mt mt 6,7 10 kg Calculando o valor da energia cinética, tem-se: c T E m v 6,7 10 3,6 c c 6 E 301,5 10 J E 301,5 MJ Resposta da questão 3: [C] No caso, a potência mínima será dada por: τ mgh kg 10 m / s 0 m P P 4000 W 4 kw Δt Δt 5 s

16 Resposta da questão 4: [D] A intensidade de uma radiação é dada pela razão entre a potência total área de captação (A), como sugerem as unidades. (P T ) captada e a Dados: I W/m ; A 9 m ; m 00 kg; v 0; v 108 km/h 30 m/s; η 30%. 0 PT I PT I A PT W. A Calculando a potência útil T (P U) : PU η PU 30% PT 0, PU.700 W. P A potência útil transfere energia cinética ao veículo. v 0 m v P U Δt Δt 33,3 s. Δt.700 Resposta da questão 5: [C] A potência mecânica P é a razão entre o trabalho W e o tempo t em realizá-lo. W P t Mas o trabalho para erguer uma determinada massa é dado pelo produto da massa, aceleração da gravidade e altura deslocada, em módulo. W m g h Logo, temos:

17 3 W m gh 500 kg,5 10 kg 10 m / s 0 m 3 P 4 10 W t t 5 s Resposta da questão 6: [D] A potência da bomba é usada na transferência de energia potencial gravitacional para água. Epot Pm Δt P m Epot Pm Δt mgh Pm Δt m Δt gh 10 0 m 900kg V 900L. Resposta da questão 7: [B] mv Ec 1 m v mv Ec Ec 4 Ec1 1. Ec 4 Resposta da questão 8: Razão entre as velocidades: Pela conservação da energia mecânica, podemos mostrar que a velocidade independe da massa: final inicial m v v1 E Mec E Mec m g h v g h v1 v 1. v Razão entre as energias cinéticas: Dado: m = m 1.

18 m1 v1 E1 m1 E1 1. E m m v 1 E Resposta da questão 9: Q , J P Δt s P 11,5w Resposta da questão 10: E E E E co Po cf Pf 0 mvf mv0 mvf mgh0 mghf mgh0 mghf mv No solo h f é nulo logo: v f ,8 Vf 5 V 5m / s f Resposta da questão 11: [D]

19 No triângulo OAB: a b 6 a b 676. (I) No triângulo OAC: a 8 h. (II) No triângulo ABC: b 18 h. (III) Substituindo (II) e (III) em (I): 8 h 18 h 676 h 88 h 144 h 1 m. O trabalho da força F pela força F W é numericamente igual à área entre a linha do gráfico e o eixo do deslocamento. 6 1 W F WF 156 J. Resposta da questão 1: [C] Pela conservação da energia mecânica, toda energia cinética que o atleta adquire na etapa I, é transformada em energia potencial na etapa III, quando ele praticamente para no ar. OBS: Cabe ressaltar que o sistema é não conservativo (incrementativo), pois no esforço para saltar, o atleta consome energia química do seu organismo, transformando parte em energia mecânica, portanto, aumentando a energia mecânica do sistema. Resposta da questão 13: [E] Dados: m = ton = 1, kg; h = 710 m; g = 10 m/s.

20 W = m g h = (1, ) (10) (710) = 8, J = J F W = kj. F Resposta da questão 14: [D] Dados: F = 5 N; d = m; = 15. O enunciado nos permite construir a figura abaixo. O trabalho de uma força é dado pelo trabalho de sua componente paralela ao deslocamento. Assim, na figura: T = F d cos. Porém, e são complementares. Então: sen = cos. Portanto: T = F d cos = F d sen. Substituindo os valores dados: T = 5 sen 75. Ou seja: = 75. Resposta da questão 15: [C] Potência é a medida da rapidez com que se transfere energia.

21 Matematicamente: P E t quantidade de energia em menos tempo.. Portanto, o forno mais eficiente é aquele que fornece maior Resposta da questão 16: [D] Como o sistema é conservativo, em todos os casos a velocidade em B é v B, que pode ser calculada pelo Teorema da Energia Mecânica. Fazendo AB = h, temos: A B 1 Emec Emec mgh mvb vb gh. Sendo H a altura do solo até B, o tempo de queda (t q ) é obtido pela expressão: H = 1 gtq tq H g. Na direção horizontal, o movimento é uniforme com velocidade v B. A distância horizontal percorrida durante o tempo de queda é: d = v B t q d = H gh d hh. Sendo h e H iguais em todos os casos, a distância de B ao g solo também é a mesma para todos eles. Resposta da questão 17: Dados: v 1 = 36 km/h = 10 m/s; h = 3,75 m; h 3 = 1,8 m; d = 40 m; g = 10 m/s. A figura abaixo representa a situação descrita.

22 a) Pela conservação da energia mecânica: A B m v1 m v Mec Mec E E m g h v1 v g h v v1 g h v = 10 (10)(3,75) 5 v = 5 m/s. b) Usando novamente a conservação da energia mecânica: A c mv1 mv3 Mec Mec 3 E E m g h v1 v3 g h 3 v3 v1 g h3 v 3 = 10 (10)(1,8) 64 v 3 = 8 m/s. c) Como o carrinho para em D, v 4 = 0. Aplicando a equação de Torricelli no trecho CD, vem: v v a d 0 = 8 + a a = 64 a = 0,8 m/s. 4 3 d) Da função horária da velocidade: v 4 = v 3 + a t 0 = 8 0,8 t t 8 0,8 t = 10 s. Resposta da questão 18: Dados: h 1 = m; h = 500 m. E1 m g h2 h E m g h h 500 E1 10. E Resposta da questão 19: [A] Como no processo secundário de aproveitamento de energia, o calor é usado na formação de vapor aquecido para mover as turbinas, temos, então, transformação de energia térmica em energia mecânica. Resposta da questão 0:

23 [C] Resolução Do setor 1 ao. W = F.d 40 = 4.d d = 10 m Do setor ao 3. W = F.d 80 = 4.d d = 0 m Do setor 3 ao 1. W = F.d 60 = 4.d d = 15 m A distância total é de = 45 m Resposta da questão 1: [E] Além da opção correta estar evidente, as demais se mostram prontamente exclusivas. Resposta da questão : [E] O nível dos reservatórios é mantido pelas chuvas e para que elas ocorram é necessária a formação de vapor de água.

24 Resposta da questão 3: [A] I. Energia cinética associada ao movimento da mochila II. Energia elétrica obtida pela transformação da energia cinética

Qual é a energia cinética de um veículo?

Qual é a energia cinética associada?

Qual é a energia cinética que um atleta de 70kg possui quando ele corre a uma velocidade de 10m s?

Qual é o valor da energia cinética em cada velocidade?