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Energia mecânica é um dos mais importantes temas da Física e é muito comum nas provas de Ciências da Natureza e suas Tecnologias do Enem. Por isso, trazemos para você algumas dicas que o ajudarão a estudar e a se sair bem nas possíveis questões sobre esse tema no Exame Nacional do Ensino Médio ou no PAES - UEMA.
As questões sobre energia mecânica no Enem podem abordar os seguintes conteúdos: Relação entre trabalho e energia
Energia potencial e energia cinética Conservação de energia mecânica
Diante da relevância e da quantidade significativa de questões sobre energia mecânica no Enem, hoje vamos revisar alguns conceitos, além de analisar algumas questões que já caíram no exame sobre o tema.
Veja os principais conceitos:
Energia mecânica é a forma de energia relacionada com o movimento dos corpos. Ela pode ser de dois tipos: cinética e potencial. Seu cálculo é feito pela soma desses tipos de energia através da seguinte expressão:
E = K + Ep
Energia cinética, representada pela letra k, é característica dos corpos que apresentam movimento em relação a um determinado referencial. Sendo assim, somente possuem energia cinética os corpos que estão em movimento a uma determinada velocidade. Matematicamente, ela pode ser calculada com a equação:
𝒌 =
𝒎.𝒗𝟐𝟐
Energia potencial (Ep) é o tipo de energia que pode ser armazenado por um corpo em razão de sua posição, oferecendo a esse corpo capacidade de entrar em movimento. Ela pode ser transformada em energia cinética.
Energia potencial gravitacional: está associada à altura que um objeto ocupa em relação ao solo. Ela pode ser transformada em energia cinética durante a queda desse corpo. A expressão matemática utilizada para descrever essa forma de energia é:
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Energia potencial elástica: corresponde à capacidade de um corpo de realizar trabalho, ou seja, de entrar em movimento pela força elástica aplicada sobre ele. Sua expressão matemática é
*k é a constante elástica da mola
As provas anteriores do Enem não abordaram definições dos tipos de energia especificamente, mas é indispensável conhecê-los para se sair bem em questões sobre o tema mais recorrente, que é o princípio da conservação de energia mecânica.
O enunciado do teorema da conservação de energia mecânica é o seguinte:
“A energia mecânica total de um sistema isolado é constante, havendo apenas transformação de energia cinética em algum tipo de energia potencial ou vice-versa”.
EMECANICA = EPOTENCIAL + ECINÉTICA
Teorema da Energia Cinética.
Considere uma força constante F que atua sobre um corpo de massa m, na direção e no sentido do movimento e sendo F a sua força resultante.
O trabalho da força peso possui a mesma fórmula da energia potencial gravitacional. O trabalho da força elástica possui a mesma fórmula da energia potencial elástica. A energia que se acumula devido a uma força é transformada pelo trabalho daquela força. Assim a força resultante é a força que provoca a variação da energia cinética.
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QUESTÃO 01 - Um corpo desce por uma rampa sem atrito a partir do repouso de um ponto
A. A velocidade do corpo ao final da rampa ao passar pelo ponto B é: a) 5 m/s
b) 10m/s c) 15 m/s d) 20 m/s
QUESTÃO 02 - Um corpo de 2,0 kg desce por uma rampa com atrito a partir do repouso de um ponto A. A velocidade do corpo ao final da rampa ao passar pelo ponto B é 8 m/s. A energia transformada em calor na descida é:
a) 16 J b) 36 J c) 64 J d) 100 J
QUESTÃO 03 - (Anhembi Morumbi SP) Considere um ônibus espacial, de massa aproximada 1,0 105 kg, que, dois minutos após ser lançado, atingiu a velocidade de 1,34 103 m/s e a altura de 4,5 104 m. (www.nasa.gov) Sabendo que a aceleração gravitacional terrestre vale 10 m/s² , é correto afirmar que, naquele momento, as energias cinética e potencial, aproximadas, em joules, desse ônibus espacial, em relação ao solo, eram, respectivamente, a) 3,0 1010 e 9,0 1010 b) 9,0 1010 e 4,5 1010 .
c) 9,0 1010 e 3,0 1010 d) 3,0 1010 e 4,5 1010 . e) 4,5 1010 e 3,0 1010 .
QUESTÃO 04 - Um chaveiro, largado de uma varanda de altura h, atinge a calçada com velocidade . Para que o velocidade de impacto dobrasse de valor, seria necessário largar esse chaveiro de uma altura maior, igual a:
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QUESTÃO 05(UNICAMP-SP) - Um brinquedo que muito agrada às crianças são os lançadores de objetos em uma pista. Considere que a mola da figura a seguir possui uma constante elástica k = 8 000 N/m e massa desprezível. Inicialmente, a mola está comprimida de 2,0 cm e, ao ser liberada, empurra um carrinho de massa igual a 0,20 kg. O carrinho abandona a mola quando esta atinge o seu comprimento relaxado, e percorre uma pista que termina em uma rampa. Considere que não há perda de energia mecânica por atrito no movimento do carrinho. A velocidade do carrinho quando ele abandona a mola e a altura da rampa no instante em que o carrinho tem velocidade de 2,0m/s, valem, respectivamente: g=10N/kg
a) 2,0m/s e 0,3m b) 6,0m/s e 0,4m c) 8,0m/s e 0,6m d) 1,2,0m/s e 1,2m e) 4,0m/s e 0,6m
QUESTÃO 06(FUVEST-SP) - No ”salto com vara”, um atleta corre segurando uma vara e, com perícia e treino, consegue projetar seu corpo por cima de uma barra.
Para uma estimativa da altura alcançada nesses saltos, é possível considerar que a vara sirva apenas para converter o movimento horizontal do atleta (corrida) em movimento vertical, sem perdas ou acréscimos de energia. Na análise de um desses saltos, foi obtida a seqüência de imagens reproduzida acima.
Nesse caso, é possível estimar que a velocidade máxima atingida pelo atleta, antes do salto, foi de, aproximadamente,
*Desconsidere os efeitos do trabalho muscular após o início do salto e considere g=10m/s2. a) 4 m/s b) 6 m/s c) 7 m/s
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QUESTÃO 07(UFSM-RS) - Não se percebe a existência do ar num dia sem vento; contudo, isso não significa que ele não existe. Um corpo com massa de 2kg é abandonado de uma altura de 10m, caindo verticalmente num referencial fixo no solo. Por efeito da resistência do ar, 4J da energia mecânica do sistema corpo-Terra se transformam em energia interna do ar e do corpo. Considerando o módulo de aceleração da gravidade como g= 10m/s2, o corpo atinge o solo com velocidade de módulo, em m/s, de:
a) 12 b) 14 c) 15 d) 16 e) 18
QUESTÃO 08 (UERJ-RJ) - 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 dI, dII, dIII e dIV.A relação entre essas distâncias está indicada na seguinte alternativa:
a) dI > dII = dIII > dIV b) dIII > dII > dIV > dI c) dII > dIV = dI > dIII d) dI = dII = dIII = dIV
QUESTÃO 09 (PUC-SP) - Uma criança de massa 25 kg, inicialmente no ponto A, distante 2,4 m do solo, percorre, a partir do repouso, o escorregador esquematizado na figura. O escorregador pode ser considerado um plano inclinado cujo ângulo com a horizontal é de 37°. Supondo o coeficiente de atrito cinético entre a roupa da criança e o escorregador igual a 0,5, a velocidade com que a criança chega à base do escorregador (ponto B) é, em m/s, (g=10m/s2)
Dados: sen 37° = 0,6; cos 37° = 0,8; tg 37° = 0,75 a) 4√3 b) 4√5 c) 16 d) 4 e) 6√3
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QUESTÃO 10 (UNESP) - A figura ilustra um brinquedo oferecido por alguns parques,
conhecido por tirolesa, no qual uma pessoa desce de determinada altura segurando-se em uma roldana apoiada numa corda tensionada. Em determinado ponto do percurso, a pessoa se solta e cai na água de um lago.
Considere que uma pessoa de 50 kg parta do repouso no ponto A e desça até o ponto B segurando-se na roldana, e que nesse trajeto tenha havido perda de 36% da energia mecânica do sistema, devido ao atrito entre a roldana e a corda. No ponto B ela se solta, atingindo o ponto C na superfície da água. Em seu movimento, o centro de massa da pessoa sofre o desnível vertical de 5 m mostrado na figura. Desprezando a resistência do ar e a massa da roldana, e adotando g = 10 m/s2 , pode-se afirmar que a pessoa atinge o ponto C com uma velocidade, em m/s, de módulo igual a:
a) 8 b) 10 c) 6 d) 12 e) 4
QUESTÃO 11 (IFSC) - O bate-estacas é um dispositivo muito utilizado na fase inicial de uma
construção. Ele é responsável pela colocação das estacas, na maioria das vezes de concreto, que fazem parte da fundação de um prédio, por exemplo. O funcionamento dele é relativamente simples: um motor suspende, através de um cabo de aço, um enorme peso (martelo), que é abandonado de uma altura, por exemplo, de 10m, e que acaba atingindo a estaca de concreto que se encontra logo abaixo. O processo de suspensão e abandono do peso sobre a estaca continua até a estaca estar na posição desejada.
É CORRETO afirmar que o funcionamento do bate-estacas é baseado no princípio de: a) transformação da energia mecânica do martelo em energia térmica da estaca. b) conservação da quantidade de movimento do martelo.
c) transformação da energia potencial gravitacional em trabalho para empurrar a estaca. d) colisões do tipo elástico entre o martelo e a estaca.
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QUESTÃO 12(UFSCAR-SP) - Uma formiga de massa m encontra-se no topo de uma bola de bilhar rigidamente presa ao solo.
A bola possui raio R e superfície altamente polida. Considere g a aceleração da gravidade e despreze os possíveis efeitos dissipativos. A formiga começa a deslizar na bola com velocidade inicial nula.
O módulo da velocidade da formiga na altura do solo em que ela perde contato com a bola e o valor dessa altura, são, respectivamente:
a) Vx=√(gh) e h=2R/3 b) Vx=√(2gh) e h=R/3 c) Vx=√(g/h) e h=2R d) Vx=gh e h=R e) Vx=√(g/2h) e h=2R/3
