ENERGIA
PROFESSOR FABIO TEIXEIRA
1. (Uel 2012) As moléculas que compõem o ar estão em constante movimento, independentemente do volume no qual estejam contidas. Ludwig Boltzmann (1844-1906) colaborou para demonstrar matematicamente que, em um
determinado volume de ar, as moléculas possuem diferentes velocidades de deslocamento, havendo maior
probabilidade de encontrá-las em velocidades intermediárias. Assinale a alternativa que contém o gráfico que melhor representa a distribuição de velocidades moleculares de um gás dentro de certo volume, sob uma temperatura T.
a)
b)
c)
d)
e)
2. (Unesp 2012) Uma pessoa, com 80 kg de massa, gasta para realizar determinada atividade física a mesma
quantidade de energia que gastaria se subisse diversos degraus de uma escada, equivalente a uma distância de 450 m
na vertical, com velocidade constante, num local onde g10 m/s2. A tabela a seguir mostra a quantidade de energia, em joules, contida em porções de massas iguais de alguns alimentos.
Alimento Energia por porção (kJ)
espaguete 360
pizza de mussarela 960
chocolate 2160
batata frita 1000
castanha de caju 2400
Considerando que o rendimento mecânico do corpo humano seja da ordem de 25%, ou seja, que um quarto da energia química ingerida na forma de alimentos seja utilizada para realizar um trabalho mecânico externo por meio da
contração e expansão de músculos, para repor exatamente a quantidade de energia gasta por essa pessoa em sua atividade física, ela deverá ingerir 4 porções de
a) castanha de caju.
b) batata frita.
c) chocolate.
d) pizza de mussarela.
e) espaguete.
3. (Unicamp 2012) As eclusas permitem que as embarcações façam a transposição dos desníveis causados pelas barragens. Além de ser uma monumental obra de engenharia hidráulica, a eclusa tem um funcionamento simples e econômico. Ela nada mais é do que um elevador de águas que serve para subir e descer as embarcações. A eclusa de Barra Bonita, no rio Tietê, tem um desnível de aproximadamente 25 m. Qual é o aumento da energia potencial gravitacional quando uma embarcação de massa m1,2 10 kg 4 é elevada na eclusa?
a) 4,8 10 J 2 b) 1,2 10 J 5 c) 3,0 10 J 5 d) 3,0 10 J 6
4. (Fuvest 2012) Em uma sala fechada e isolada termicamente, uma geladeira, em funcionamento, tem, num dado instante, sua porta completamente aberta. Antes da abertura dessa porta, a temperatura da sala é maior que a do interior da geladeira. Após a abertura da porta, a temperatura da sala,
a) diminui até que o equilíbrio térmico seja estabelecido.
b) diminui continuamente enquanto a porta permanecer aberta.
c) diminui inicialmente, mas, posteriormente, será maior do que quando a porta foi aberta.
d) aumenta inicialmente, mas, posteriormente, será menor do que quando a porta foi aberta.
e) não se altera, pois se trata de um sistema fechado e termicamente isolado.
5. (Fuvest 2011) Trens de alta velocidade, chamados trens-bala, deverão estar em funcionamento no Brasil nos próximos anos. Características típicas desses trens são: velocidade máxima de 300 km/h, massa total (incluindo 500 passageiros) de 500 t e potência máxima dos motores elétricos igual a 8 MW. Nesses trens, as máquinas elétricas que atuam como motores também podem ser usadas como geradores, freando o movimento (freios regenerativos). Nas ferrovias, as curvas têm raio de curvatura de, no mínimo, 5 km. Considerando um trem e uma ferrovia com essas características, determine:
a) O tempo necessário para o trem atingir a velocidade de 288 km/h, a partir do repouso, supondo que os motores forneçam a potência máxima o tempo todo.
b) A força máxima na direção horizontal, entre cada roda e o trilho, numa curva horizontal percorrida a 288 km/h, supondo que o trem tenha 80 rodas e que as forças entre cada uma delas e o trilho tenham a mesma intensidade.
c) A aceleração do trem quando, na velocidade de 288 km/h, as máquinas elétricas são acionadas como geradores de 8 MW de potência, freando o movimento.
NOTE E ADOTE 1 t = 1000 kg
Desconsidere o fato de que, ao partir, os motores demoram alguns segundos para atingir sua potência máxima.
6. (Uerj 2011) As unidades joule, kelvin, pascal e newton pertencem ao SI - Sistema Internacional de Unidades.
Dentre elas, aquela que expressa a magnitude do calor transferido de um corpo a outro é denominada:
a) joule b) kelvin c) pascal d) newton
7. (Uel 2011) Uma usina nuclear produz energia elétrica a partir da fissão dos átomos de urânio (normalmente urânio- 238 e urânio-235) que formam os elementos combustíveis de um reator nuclear.
Sobre a energia elétrica produzida numa usina nuclear, considere as afirmativas a seguir.
I. Os átomos de urânio que sofrem fissão nuclear geram uma corrente elétrica que é armazenada num capacitor e posteriormente retransmitida aos centros urbanos.
II. A energia liberada pela fissão dos átomos de urânio é transformada em energia térmica que aquece o líquido refrigerante do núcleo do reator e que, através de um ciclo térmico, coloca em funcionamento as turbinas geradoras de energia elétrica.
III. Uma usina nuclear é também chamada de termonuclear.
IV. O urânio-238 e o urânio-235 não são encontrados na natureza.
Assinale a alternativa correta.
a) Somente as afirmativas I e II são corretas.
b) Somente as afirmativas I e IV são corretas.
c) Somente as afirmativas II e III são corretas.
d) Somente as afirmativas I, III e IV são corretas.
e) Somente as afirmativas II, III e IV são corretas.
8. (Uel 2011) Quando um átomo de urânio-235 é bombardeado por um nêutron, uma das possíveis reações de fissão é
1 235 140 94 1
0n 92U 54Xe38Sr2 0n . Cada átomo de urânio-235 que sofre fissão libera a energia média de 208 MeV.
Admita-se que toda essa energia liberada na fissão de um átomo de urânio-235 possa ser transformada em energia elétrica numa usina nuclear.
Por quanto tempo uma residência comum seria abastecida por toda a energia elétrica liberada por 1 kg de átomos de urânio-235?
Dados: 1 MeV equivale a 4, 45 x 10−20 kWh.
O consumo médio mensal de uma residência comum é de 230 kWh.
a) Mais de 8000 anos.
b) 100 anos.
c) 2000 meses.
d) O urânio-235 não é um átomo fissionável.
e) É impossível converter energia nuclear em energia elétrica.
9. (Ufrs 2011) Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas no fim do enunciado que segue, na ordem em que aparecem.
Um objeto desloca-se de um ponto A até um ponto B do espaço seguindo um determinado caminho. A energia mecânica do objeto nos pontos A e B assume, respectivamente, os valores EAe EB, sendo
B A
E E . Nesta situação, existem forças ___________atuando sobre o objeto, e a diferença de energia
B A
E E __________ do __________entre os pontos A e B.
a) dissipativas - depende - caminho b) dissipativas - depende - deslocamento
c) dissipativas - independe - caminho d) conservativas - independe - caminho
e) conservativas - depende — deslocamento
10. (G1 - cps 2011) Uma das dúvidas mais frequentes das pessoas sobre atividade física é o gasto calórico dos
exercícios. Quem deseja emagrecer quer saber exatamente quanto gasta em determinada atividade e quanto consome em determinada refeição. Este cálculo depende de muitos fatores. O gasto calórico dos exercícios varia de pessoa para pessoa, dependendo do metabolismo de cada uma delas (da genética e do biotipo), do tempo e da intensidade do exercício. Assim, o gasto calórico, numa atividade específica, difere entre uma pessoa de 90 kg e uma de 50 kg.
A tabela a seguir mostra o gasto calórico aproximado de algumas atividades:
Atividade Gasto calórico*
(em quilocalorias/minuto)
Andar de bicicleta 4
Dançar 7
Esteira (andar acelerado) 9
Correr (no plano) 10
Spinning 13
(Valéria Alvin Igayara de Souza Disponível em: http://cyberdiet.terra.com.br/gasto-calorico-dos-exercicios-3-1-2- 326.html Acesso em: 27.08.2010. Adaptado)
*para uma pessoa de 60 kg
Se uma pessoa de 60 kg comer uma fatia de pizza de mozzarella* que tem 304 quilocalorias, se arrepender e desejar queimá-las, deverá de acordo com essa tabela, em princípio,
*(muçarela)
a) dançar por cerca de 45 minutos.
b) fazer spinning por cerca de 15 minutos.
c) andar de bicicleta por cerca de 60 minutos.
d) correr em terreno plano por cerca de 18 minutos.
e) andar acelerado na esteira por cerca de 20 minutos.
11. (Ufpe 2011) Uma criança, que está brincando com blocos cúbicos idênticos, constrói as configurações compostas de três blocos mostradas na figura. Cada bloco tem aresta a10 cme massa M100 g. A criança pode até perceber intuitivamente que a configuração A é mais estável do que a B, mas não consegue quantificar fisicamente essa
estabilidade. Para tal, é necessário determinar a diferença de energia potencial gravitacional ΔUUBUA entre as duas configurações. Qual é o valor de ΔU, em unidades de 102joules?
TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO:
Os materiais granulares são conjuntos com grande número de partículas macroscópicas e têm papel fundamental em indústrias como a de mineração e construção na agricultura. As interações entre os grãos são tipicamente repulsivas e inelásticas, decorrendo a dissipação de energia principalmente das forças de atrito. Em muitas ocasiões, os sistemas granulares não se comportam como gases, líquidos ou sólidos. Eles podem ser considerados apropriadamente como
outro estado da matéria. Por exemplo, uma pilha de grãos estável se comporta como um sólido. Se a altura dessa pilha aumentar acima de certo valor, os grãos começam a fluir. No entanto, o fluxo não será como em um líquido, porque tal fluxo somente se dará em uma camada na superfície da pilha, enquanto os grãos, no seu interior, ficarão em repouso.
Revista Brasileira do Ensino de Física, v. 30, n.º 1, 2008 (com adaptações).
12. (Unb 2011) Tendo o texto apresentado como referência inicial e acerca dos múltiplos aspectos que ele suscita, julgue os próximos itens.
a) Em uma colisão elástica, a energia cinética se conserva. Já em um choque totalmente inelástico, é nula a energia cinética das partículas após a colisão.
b) O texto permite inferir que, em algumas situações, sistemas granulares comportam-se como fluido. Se esse fluido fosse estático e incompressível e a aceleração da gravidade igual a 10m/s2, seria correto afirmar que uma pilha de grãos de 100 m de altura e com densidade média de 2g/cm3 exerceria, no solo onde se encontra a pilha, uma pressão de 2 MPa.
c) No que concerne às leis da termodinâmica, existem apenas duas formas de energia em trânsito: o calor e o trabalho, sendo a primeira forma associada a uma diferença de temperatura.
13. (Udesc 2010) Na figura há uma representação esquemática de um circuito composto por uma bateria de 12 Volts, fios e uma lâmpada incandescente.
Analise o circuito e assinale a alternativa que contém, respectivamente, um reservatório de energia, um transformador de energia e um modo de transferência de energia.
a) bateria, calor, luz
b) ambiente, lâmpada, trabalho elétrico c) lâmpada, bateria, calor
d) bateria, trabalho elétrico, lâmpada e) bateria, trabalho elétrico, fios
14. (Uff 2010) No interior de uma caixa de paredes impermeáveis ao calor foi feito vácuo e montado um experimento, sendo utilizados um bloco, uma mesa e uma mola de constante elástica k, conforme ilustrado na figura. O bloco e a mesa possuem, respectivamente, capacidades térmicas Cb e Cm e a capacidade térmica da mola é desprezível. Todo o sistema está em equilíbrio térmico a uma temperatura inicial T0 . A mola é inicialmente comprimida de x0 , a partir da configuração relaxada e, então, o bloco é liberado para oscilar. Existe atrito entre a mesa e o bloco, mas o atrito entre a mesa e o piso da caixa é desprezível. O bloco oscila com amplitude decrescente, até que para a uma distância ax0 do ponto de equilíbrio, sendo 0 < a <1.
Determine:
a) as temperaturas finais da mesa e do bloco, após esse bloco parar de oscilar e o sistema atingir o equilíbrio térmico;
b) a razão entre a variação da energia interna da mesa e a variação da energia interna do bloco, no equilíbrio térmico;
c) a variação da posição do centro de massa do sistema composto pelo bloco, mola e mesa, quando esse bloco para de oscilar.
15. (Ufop 2010) Um jogador de basquete treina com uma bola cuja massa é de 2 kg. A bola é abandonada a 1 m de altura e, ao chocar-se com o solo, perde 50 % de sua energia.
Usando g= 10 m/s2, calcule:
a) a energia cinética da bola imediatamente após o primeiro choque;
b) a velocidade da bola ao atingir o solo pela segunda vez;
c) depois de qual choque a bola irá adquirir a energia aproximada de 0,08 J.
16. (Pucpr 2010) A energia muscular resulta da transformação das substâncias armazenadas no organismo humano. A energia que consumimos vem dos alimentos que ingerimos. Por exemplo, um grama de carboidrato ou de proteína contém cerca de 4 kcal. Já um grama de gordura contém bem mais que isso, cerca de 9 kcal. O consumo de energia por uma pessoa adulta na forma de alimentos é de aproximadamente 2.400 kcal por dia. Essa energia é usada para manter nosso organismo em funcionamento, como coração, pulmões e os demais órgãos internos, e também para fornecer alguma capacidade de trabalho externo, que é feito durante praticamente todo o dia.
Em condições de repouso, cerca de 30% da energia são consumidos pelos músculos esqueléticos e praticamente outro tanto é consumido pelos órgãos abdominais. Em repouso, o cérebro consome cerca de 20% e o coração 10% da energia total consumida pelo corpo. Adote 1 cal equivalente a 4 J e g = 10 m/s2 para responder à questão.
Marque a alternativa CORRETA:
a) Dado o consumo normal de uma pessoa em um dia, em repouso o cérebro apresenta uma potência de 2 W.
b) Para conseguirmos as 2.400 kcal durante o dia, precisamos consumir cerca de 300 g de carboidrato ou a metade disso em gordura ou uma saudável (e de preferência apetitosa) mistura dessas coisas.
c) A energia consumida em um dia seria suficiente para elevar um corpo de massa de 1,0 ton até uma altura de 10,0 m.
d) Se calcularmos a potência do corpo através da energia consumida em um dia, obtemos um valor de aproximadamente 110 W.
e) Considere um atleta de 80 kg que passa cerca de 4 horas do dia em atividade de treino, por exemplo, subindo uma escada a uma taxa de 0,25 m/s (só um bom atleta consegue isso). Dessa forma ele teria consumido mais energia que o valor normal de consumo de uma pessoa adulta.
17. (Unicamp 2010) Em 1948 Casimir propôs que, quando duas placas metálicas, no vácuo, são colocadas muito próximas, surge uma força atrativa entre elas, de natureza eletromagnética, mesmo que as placas estejam descarregadas. Essa força é muitas vezes relevante no desenvolvimento de mecanismos nanométricos.
a) A força de Casimir é inversamente proporcional à quarta potência da distância entre as placas. Essa força pode ser medida utilizando-se microscopia de força atômica através da deflexão de uma alavanca, como mostra a figura a seguir. A força de deflexão da alavanca se comporta como a força elástica de uma mola. No experimento ilustrado na
figura, o equilíbrio entre a força elástica e a força atrativa de Casimir ocorre quando a alavanca sofre uma deflexão de Δx = 6,4 nm. Determine a constante elástica da alavanca, sabendo que neste caso o módulo da força de Casimir é dado por c b4
F d
, em que b = 9,6×10−39 N.m4 e d é a distância entre as placas. Despreze o peso da placa.
b) Um dos limites da medida da deflexão da alavanca decorre de sua vibração natural em razão da energia térmica fornecida pelo ambiente. Essa energia é dada por ET = kBT , em que kB 1, 4x10–23 J/K e T é a temperatura do ambiente na escala Kelvin. Considerando que toda a energia ET é convertida em energia elástica, determine a deflexão Δx produzida na alavanca a T = 300 K se a constante elástica vale kB = 0, 21 N/m.
18. (Uepg 2010) No que respeita à energia e suas transformações, assinale o que for correto.
01) O trabalho não é uma forma de energia, mas uma maneira de transferir energia de um lugar para outro, ou de transformar uma forma de energia em outra.
02) A energia cinética de um corpo a 80 km/h é 16 vezes maior que a do mesmo corpo a 20 km/h.
04) A energia potencial gravitacional de um corpo depende da posição em relação a um ponto de referência.
08) A quantidade de energia utilizável diminui a cada transformação sofrida até que dela nada reste.
16) A energia cinética de um sistema é energia em trânsito ou em transformação.
19. (Fgvrj 2010) No ano de 2008, a usina hidrelétrica de Itaipu produziu 94.684.781 MWh (megawatts-hora) de energia.
Se o poder calorífico do petróleo é igual a 0,45 x 108 J/kg, a massa de petróleo necessária para fornecer uma quantidade de energia igual à produzida por Itaipu em 2008 é, aproximadamente, igual a
Dados: 1 W = 1J/s 1 MW = 106 W 1 tonelada = 103 kg a) 2 mil toneladas.
b) 45 mil toneladas.
c) 450 mil toneladas.
d) 7,5 milhões de toneladas.
e) 95 milhőes de toneladas.
20. (Ufv 2010) Analise as afirmativas a seguir:
I. O trabalho total realizado sobre um bloco em um deslocamento não nulo, quando atua sobre ele uma força resultante não nula, não pode ser igual a zero.
II. Um bloco, ao ser puxado por uma corda, exercerá uma força contrária na corda, de acordo com a 3ª lei de Newton.
Então, o trabalho realizado pela força que a corda faz no corpo é necessariamente igual a zero.
III. Sempre que o trabalho realizado pela força resultante em um bloco é nulo, sua energia cinética se mantém constante.
Está CORRETO o que se afirma em:
a) I, apenas.
b) II, apenas.
c) III, apenas.
d) I, II e III.
21. (Unicamp 2010) Em 2009 foram comemorados os 40 anos da primeira missão tripulada à Lua, a Missão Apollo 11, comandada pelo astronauta norte-americano Neil Armstrong. Além de ser considerado um dos feitos mais importantes da história recente, esta viagem trouxe grande desenvolvimento tecnológico.
a) A Lua tem uma face oculta, erroneamente chamada de lado escuro, que nunca é vista da Terra. O período de rotação da Lua em torno de seu eixo é de cerca de 27 dias. Considere que a órbita da Lua em torno da Terra é circular, com raio igual a r = 3,8× 108m. Lembrando que a Lua sempre apresenta a mesma face para um observador na Terra, calcule a sua velocidade orbital em torno da Terra.
b) Um dos grandes problemas para enviar um foguete à Lua é a quantidade de energia cinética necessária para transpor o campo gravitacional da Terra, sendo que essa energia depende da massa total do foguete. Por este motivo, somente é enviado no foguete o que é realmente essencial. Calcule qual é a energia necessária para enviar um tripulante de massa m = 70 kg à Lua. Considere que a velocidade da massa no lançamento deve ser v = 2gRT para que ela chegue até a Lua, sendo g a aceleração da gravidade na superfície na Terra e RT = 6,4106 m o raio da Terra.
22. (Ufms 2010) Uma semente de massa m cai do galho de uma árvore, de uma altura h do chão e, devido à forma da semente que possui uma pequena asa, o ar produz um efeito pelo qual, logo após a queda, a semente cai verticalmente com velocidade de translação constante e, ao mesmo tempo, girando com uma velocidade angular W constante em torno de um eixo vertical que passa pelo seu centro de massa. Com fundamentos na mecânica, assinale a(s) proposição(ões) correta(s).
01) O trabalho realizado pelo campo gravitacional sobre a semente, desde a altura h até o chão, é maior que mgh porque a semente cai girando com energia de rotação.
02) O módulo da força que o ar exerce na semente é igual ao módulo da força peso da semente.
04) Enquanto a semente está caindo, a energia cinética de translação e a energia cinética de rotação permanecem constantes.
08) Enquanto a semente está caindo, o torque realizado pela força peso da semente é nulo.
16) A energia mecânica da semente permanece constante.
23. (Enem 2010) Deseja-se instalar uma estação de geração de energia elétrica em um município localizado no interior de um pequeno vale cercado de altas montanhas de difícil acesso. A cidade é cruzada por um rio, que é fonte de água para consumo, irrigação das lavouras de subsistência e pesca. Na região, que possui pequena extensão territorial, a incidência solar é alta o ano todo. A estação em questão irá abastecer apenas o município apresentado.
Qual forma de obtenção de energia, entre as apresentadas, é a mais indicada para ser implantada nesse município de modo a causar o menor impacto ambiental?
a) Termelétrica, pois é possível utilizar a água do rio no sistema de refrigeração.
b) Eólica, pois a geografia do local é própria para a captação desse tipo de energia.
c) Nuclear, pois o modo de resfriamento de seus sistemas não afetaria a população.
d) Fotovoltaica, pois é possível aproveitar a energia solar que chega à superfície do local.
e) Hidrelétrica, pois o rio que corta o município é suficiente para abastecer a usina construída.
24. (Uerj 2010) 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.
O mergulho do avião iniciava-se a 5 000 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 E1 e, no ponto de onde a bomba é lançada, igual a E2.
Calcule 1 2
E . E
25. (G1 - cps 2010) Um saco de cimento de 50 kg está no alto de um prédio em construção a 30 m do solo. Sabendo que a aceleração da gravidade local é de 10 m/s2, podemos afirmar que a energia potencial do saco de cimento em relação ao solo, em joule, vale
a) 5 000.
b) 10 000.
c) 15 000.
d) 20 000.
e) 30 000.
26. (Ufal 2010) A figura mostra um bloco de peso 10 N em equilíbrio contraindo uma mola ideal de constante elástica 100 N/m. Não existe atrito entre o bloco e o plano inclinado e sabe-se que sen() = 0,8 e cos() = 0,6.
Considere que a energia potencial elástica é nula quando a mola não está nem contraída nem distendida, e que a energia potencial gravitacional é nula no nível do ponto P, situado a uma altura de 10 cm acima do centro de massa do bloco.
Nesse contexto, pode-se afirmar que a soma das energias potenciais elástica da mola e gravitacional do bloco na situação da figura vale:
a) −0,68 J b) −0,32 J c) zero d) 0,32 J e) 0,68 J
27. (Ufg 2010) Para pequenas energias de excitação, o deslocamento relativo x (Å) dos átomos de uma molécula diatômica pode ser descrito como um oscilador harmônico, com sua energia potencial U (x) dada pelo gráfico a seguir.
Tendo em vista as explicações, a função U (x) que descreve a energia potencial, em elétrons-volt (eV), e a constante elástica em eV/Å2 são, respectivamente,
a) U (x) = 0,150 + 3,75 . (x − 1,8)2 e 1,88.
b) U (x) = 0,100 + 3,75 . (x − 2,0)2 e 3,75.
c) U (x) = 0,100 + 1,25 . (x − 2,0)2 e 1,25.
d) U (x) = 0,100 + 1,25 . (x − 2,0)2 e 2,50.
e) U (x) = 0,150 − 3,75 . (x − 1,8)2 e 3,75.
28. (Uff 2010) Dois brinquedos idênticos, que lançam dardos usando molas, são disparados simultaneamente na vertical para baixo.
As molas com os respectivos dardos foram inicialmente comprimidas até a posição 1 e, então, liberadas. A única diferença entre os dardos I e II, conforme mostra a figura, é que I tem um pedaço de chumbo grudado nele, o que não existe em II.
Escolha o gráfico que representa as velocidades dos dardos I e II, como função do tempo, a partir do instante em que eles saem dos canos dos brinquedos.
a)
b)
c)
d)
e)
29. (Udesc 2010) Três homens, João, Pedro e Paulo, correm com velocidades horizontais constantes de 1,0 m/s, 1,0 m/s e 2,0 m/s respectivamente (em relação a O, conforme mostra a figura).
A massa de João é 50 Kg, a de Pedro é 50 kg e a de Paulo é 60 Kg.
As energias cinéticas de Pedro e Paulo em relação a um referencial localizado em João são:
a) 0 J e 30 J b) 25 J e 120 J c) 0 J e 0 J d) 100 J e 270 J e) 100 J e 120 J
30. (Ufg 2010) Uma das competições dos X-games são as manobras dos esqueitistas em uma rampa em U. Um atleta parte do repouso do topo da rampa e através do movimento do seu corpo, de peso 800 N, consegue ganhar 600 J a cada ida e vinda na rampa, conforme ilustração a seguir.
Desprezando as perdas de energia e o peso do skate, o número mínimo de idas e vindas que o atleta deve realizar para atingir uma altura (h) de 3 m acima do topo da rampa é:
a) 2 b) 3 c) 4 d) 6 e) 8
31. (Enem 2ª aplicação 2010) 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.
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.
TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO:
A habilidade de uma pessoa em exercer uma atividade física depende de sua capacidade de consumir oxigênio.
A forma física de uma pessoa é dada pela absorção máxima de oxigênio por períodos relativamente longos.
Considere que uma pessoa, em boa forma física, consiga, por longos períodos, absorver até cerca de 50 mL de O2 por minuto e por quilograma de sua massa, liberando 4,9 kcal por litro de O2.
Considere 1 kcal = 4.200 J e g = 10 m/s2.
32. (Ueg 2010) A energia liberada por uma pessoa que utiliza 2,5 litros de O2 em sua respiração seria o suficiente para elevar um bloco de 400 kg a uma altura de, aproximadamente:
a) 13,2 m b) 12,9 m c) 11,5 m d) 11,0 m
TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO:
Em uma região plana, delimitou-se o triângulo ABC, cujos lados AB e BC medem, respectivamente, 300,00 m e 500,00 m. Duas crianças, de 39,20 kg cada uma, partem, simultaneamente, do repouso, do ponto A, e devem chegar juntas ao ponto C, descrevendo movimentos retilíneos uniformemente acelerados.
33. (Mackenzie 2010) Se a criança 2 chegar ao ponto C com energia cinética igual a 640,0 J, a velocidade da criança 1, nesse ponto, será
a) 3,750 m/s b) 4,375 m/s c) 5,000 m/s d) 7,500 m/s e) 8,750 m/s
TEXTO PARA AS PRÓXIMAS 2 QUESTÕES:
Praticamente todos os veículos que trafegam são movidos por alguma versão do motor de combustão interna
patenteado por Nikolaus Otto em1876. Otto explorou a descoberta do físico francês Sadi Carnot, que em 1834 mostrou que a eficiência de um motor dependia criticamente da diferença de temperatura entre a fonte quente, que cede energia, e a fonte fria, que a absorve.
Muitas pessoas consideram esse tipo de motor um anacronismo, vestígio perigosamente ultrapassado das crenças de que o petróleo era inesgotável e o clima estável. A melhor opção seria o motor elétrico alimentado por baterias. O que muitos se esquecem é que os veículos elétricos eram muito mais populares que os carros movidos a gasolina no fim do séc. XIX e início do séc. XX. Podiam funcionar o dia todo com uma única carga, atingindo velocidades que variavam entre 10km/h e 20km/h, compatível com o movimento das carruagens conduzidas por cavalos.
Uma das questões que leva ao questionamento do uso dos motores de combustão é sua baixa eficiência, menor que 30%, enquanto que nos motores elétricos ela passa dos 90%.
(Adaptado de Scientific American Brasil, ano 8, número 89.)
34. (Pucmg 2010) Considere, pois, dois veículos de mesma massa, com motores de mesma potência: um equipado com motor elétrico com uma eficiência de 90% e o outro equipado com motor a combustão, com uma eficiência de 25%.
Admitindo-se ambos os veículos com uma massa de 500 kg, partindo do repouso, em uma estrada plana e retilínea, a energia gerada nos motores para fazer com que ambos os veículos atinjam a velocidade de 36 km/h vale
respectivamente:
a) 1,0 x 104J e 2,0 x 104J b) 1,1 x 105J e 4,0 x 105J c) 2,7 x 104J e 1,0 x 105J d) 2,5 x 105J e 2,5 x 105J
35. (Pucmg 2010) Em relação aos motores da questão de número 36, a quantidade de calor rejeitada pelos motores foi respectivamente de:
a) 4,0 x 103J e 3,5 x 103J b) 1,5 x 103J e 2,5 x 103J c) 2,8 x 104J e 4,5 x 103J d) 2,0 x 103J e 7,5 x 104J TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO:
QUADRO 1
Desempenho Automóvel A Automóvel B
De 0 a 100 km/h 13,0 s 11,0 s
0 -1000 m 34,7 s 33,2 s
Velocidade máxima 180 km/h 182 km/h
Frenagem de 80 km/h a 0 26,0 m 26,0 m Dimensões
Peso 1400 kgf 1240 kgf
Fonte (adaptado): http://quatrorodas.abril.com.br/carros/comparativos/nissan-grand-livina-x-chevrolet-zafira- 496112. html
36. (G1 - cftsc 2010) O quadro tem como objetivo comparar o desempenho e as dimensões de dois modelos de automóveis.
Com base nos dados do Quadro 1, analise as proposições abaixo:
I – O automóvel B roda 30 km a mais que o A, após cada um consumir 50 litros de gasolina.
II – O automóvel A possui maior inércia do que o automóvel B.
III – Considere os dois automóveis A e B, ambos movendo-se a 100 km/h, sendo conduzidos por motoristas de massas equivalentes. Nestas condições, podemos afirmar que a energia cinética do automóvel A é menor que a energia cinética do automóvel B.
Considerando as proposições apresentadas, assinale a alternativa correta:
a) Apenas a proposição II é verdadeira.
b) Apenas as proposições I e II são verdadeiras.
c) Apenas a proposição I é verdadeira.
d) Apenas a proposição III é verdadeira.
e) Todas as proposições são verdadeiras.
TEXTO PARA AS PRÓXIMAS 2 QUESTÕES:
A água é utilizada também para gerar energia.
Para distribuir água, é preciso energia. Os dois recursos limitam-se mutuamente.
A Terra tem um volume de água doce dezenas de milhares de vezes maior do que o consumo anual dos seres humanos. Infelizmente, a maior parte dela está presa em reservatórios subterrâneos, gelo permanente e camadas de neve; uma quantidade relativamente pequena está armazenada em rios e lagos acessíveis e renováveis.
As usinas termoelétricas — que consomem carvão, petróleo, gás natural ou urânio — geram mais de 90% de eletricidade nos Estados Unidos e gastam água em excesso.
(WEBBER, 2008-2009, p. 28-35).
37. (Ufba 2010) A partir da análise das informações e considerando os conhecimentos das Ciências Naturais, é correto afirmar:
01) Uma vantagem do uso do hidrogênio em células de combustível para produzir energia é que esse gás, tendo densidade igual a 0,071 g/mL nas condições padrão, pode ser armazenado em recipientes pequenos.
02) O consumo de água na produção de etanol é maior, comparado aos outros combustíveis, considerando que há uma demanda de água durante o ciclo de vida total da planta até a chegada do combustível nos postos de
abastecimento.
04) A máxima quantidade de matéria de água necessária à geração de 1,0 MWh de eletricidade, a partir do carvão e do petróleo, é cerca de 1,05.107 mol, sendo a densidade da água igual a 1,0 g/cm3.
08) A obtenção da gasolina envolve menor consumo de água, porque a formação do petróleo inclui,
predominantemente, a biomassa de organismos que realizavam fotossíntese anaeróbica, não usando, portanto, água na fase clara.
16) A quantidade de energia liberada na reação H2 (g) + 1
2O2 (g) H2O(g) é menor do que a liberada quando hidrogênio gasoso e oxigênio gasoso reagem para produzir água líquida.
32) Um carro elétrico híbrido plug-in que, partindo do repouso, atingisse 54,0 km/h no intervalo de10,0 segundos, mantivesse essa velocidade durante 10,0 minutos e, em seguida, desacelerasse uniformemente com 2,5 m/s2 até parar, consumiria aproximadamente 5,0 litros de água na produção do combustível utilizado.
38. (Ufba 2010) A preocupação com o uso racional da água — recurso de importância vital — é justificada, porque
01) a utilização de usinas hidroelétricas para a produção de energia, embora use volumes consideráveis de água, não causa qualquer impacto ambiental.
02) o vapor de água é a substância operante que realiza trabalho útil nas turbinas de usinas nucleares e termoelétricas.
04) a água é essencial para a fisiologia celular, uma vez que, entre outras ações, substitui, com eficiência, as enzimas nas reações de hidrólise que se realizam no citoplasma das células eucarióticas.
08) a carência de água na natureza pode gerar uma desestruturação de comunidades, por comprometer a síntese primária de biomassa.
16) a desertificação extensiva da superfície do planeta Terra, afetando fisiologicamente a base produtora, ocasionaria um colapso no sistema vivo, comprometendo a manutenção das condições atmosféricas imprescindíveis à vida atual.
32) 64)
TEXTO PARA AS PRÓXIMAS 2 QUESTÕES:
Segundo a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), o Brasil está entre os cinco maiores produtores de energia hidrelétrica no mundo, possuindo atualmente 158 usinas de grande porte. A energia hidrelétrica é produzida pela passagem de água por turbinas, e este tipo de geração de energia, embora menos poluente, não deixa de causar impactos negativos sobre o ambiente pois, muitas vezes, é necessário desviar cursos de rios, alagando regiões, o que provoca alterações na paisagem e na vida dos habitantes da região.
39. (G1 - cps 2010) Suponha que uma usina hidrelétrica do porte de Itaipu funcione com toda a sua capacidade instalada, que é de 12 000 MW. Nessas condições, podemos dizer que, em duas horas de funcionamento, ela produz energia suficiente para abastecer, em um mês, N casas que consomem, em média, 400 kWh por mês.
Lembre que:
• 1 kW = 1 000 W
• 1 MW = 1 000 000 W
• 1 kWh = 1 000 W x 1h Conclui-se que o valor de N é a) 20 mil.
b) 35 mil.
c) 45 mil.
d) 60 mil.
e) 75 mil.
40. (G1 - cps 2010) Na construção das barragens das usinas hidrelétricas são utilizadas grandes quantidades de concreto.
Essas barragens têm como função represar a água para que esta adquira energia potencial.
No conjunto formado pela turbina e pelo gerador, ocorre a conversão de a) energia potencial em energia elétrica.
b) energia térmica em energia cinética.
c) energia cinética em energia elétrica.
d) energia elétrica em energia potencial.
e) energia potencial em energia radiante.
TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO:
O tiro com arco é um esporte olímpico desde a realização da segunda olimpíada em Paris, no ano de 1900. O arco é um dispositivo que converte energia potencial elástica, armazenada quando a corda do arco é tensionada, em energia cinética, que é transferida para a flecha.
Num experimento, medimos a força F necessária para tensionar o arco até uma certa distância x, obtendo os seguintes valores:
F (N) 160,0 320,0 480,0 X (cm) 10 20 30
41. (Ufu 2010) Ao tensionar o arco, armazena-se energia potencial elástica no sistema. Sendo assim, a expressão para a energia potencial armazenada é:
a) 1 2 kx
2 b) mgx c) kx d) kmg
TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO:
O ano de 2010 começou sacudindo o planeta. Nos seus primeiros 19 dias houve terremotos no Haiti, na Argentina, na Papua Nova Guiné, no Irã, na Guatemala, em El Salvador e no Chile. A fim de medir a magnitude de um terremoto, os sismólogos Charles Francis Richter e Beno Gutenberg desenvolveram a escala Richter em 1935. Na escala Richter, a magnitude M é dada por M = log(A) − log(A0), em que A é a amplitude máxima medida pelo sismógrafo e A0 é uma amplitude de referência padrão. Sabe-se também que a energia E, em ergs (1 erg = 10-7 Joules), liberada em um terremoto está relacionada à sua magnitude M por meio da expressão log(E) = 11,8 + 1,5M. No caso do terremoto no Chile, a escala Richter registrou 8,8 graus, enquanto no terremoto no Haiti a mesma escala mediu 7,0 graus. Como foi amplamente divulgado na mídia, suspeita-se que o eixo terrestre tenha sofrido uma variação angular de 2 milésimos de segundo de arco provocada pelo tremor de 9,0 graus na escala Richter, o que causou o devastador tsunami.
Terremotos geram ondas sonoras no interior da
Terra, e ao contrário de um gás, a Terra pode experimentar tanto ondas transversais (T) como longitudinais (L).
Tipicamente, a velocidade das ondas transversais é de cerca de 5,0 km/s e a das ondas longitudinais de 8,0 km/s (um sismógrafo registra ondas T e L de um terremoto). As primeiras ondas T chegam 3 minutos antes das primeiras ondas L.
42. (Ueg 2010) Diante do exposto, mostre que a razão entre as energias liberadas nos terremotos ocorridos no Chile e no Haiti valem Chile 2,7
Haiti
E 10
E .
43. (Unicamp 2009) O aperfeiçoamento de aeronaves que se deslocam em altas velocidades exigiu o entendimento das forças que atuam sobre um corpo em movimento num fluido. Para isso, projetistas realizam testes aerodinâmicos com protótipos em túneis de vento. Para que o resultado dos testes corresponda à situação real das aeronaves em voo, é preciso que ambos sejam caracterizados por valores similares de uma quantidade conhecida como número de Reynolds
"R". Esse número é definido como R=(VL)/b, onde V é uma velocidade típica do movimento, L é um comprimento característico do corpo que se move e b é uma constante que depende do fluido.
a) Faça uma estimativa do comprimento total das asas e da velocidade de um avião e calcule o seu número de Reynolds. Para o ar, b(ar) ≈ 1,5 × 10-5m2/s.
b) Uma situação de importância biotecnológica é o movimento de um micro-organismo num meio aquoso, que determina seu gasto energético e sua capacidade de encontrar alimento. O valor típico do número de Reynolds nesse caso é de cerca de 1,0 × 10-5, bastante diferente daquele referente ao movimento de um avião no ar. Sabendo que uma bactéria de 2,0 μm de comprimento tem massa de 6,0 × 10-16kg, encontre a sua energia cinética média. Para a água, b(água) ≈1,0 × 10-6m2/ s.
44. (Enem cancelado 2009) A energia geotérmica tem sua origem no núcleo derretido da Terra, onde as temperaturas atingem 4.000 ºC. Essa energia é primeiramente produzida pela decomposição de materiais radiativos dentro do planeta. Em fontes geotérmicas, a água, aprisionada em um reservatório subterrâneo, é aquecida pelas rochas ao redor e fica submetida a altas pressões, podendo atingir temperaturas de até 370 ºC sem entrar em ebulição. Ao ser liberada na superfície, à pressão ambiente, ela se vaporiza e se resfria, formando fontes ou gêiseres. O vapor de poços
geotérmicos é separado da água e é utilizado no funcionamento de turbinas para gerar eletricidade. A água quente pode ser utilizada para aquecimento direto ou em usinas de dessalinização.
HINRICHS, Roger A. Energia e Meio Ambiente. São Paulo: Pioneira Thomson Learning, 2003 (adaptado).
Sob o aspecto da conversão de energia, as usinas geotérmicas
a) funcionam com base na conversão de energia potencial gravitacional em energia térmica.
b) transformam inicialmente a energia solar em energia cinética e, depois, em energia térmica.
c) podem aproveitar a energia química transformada em térmica no processo de dessalinização.
d) assemelham-se às usinas nucleares no que diz respeito à conversão de energia térmica em cinética e, depois, em elétrica.
e) utilizam a mesma fonte primária de energia que as usinas nucleares, sendo, portanto, semelhantes os riscos decorrentes de ambas.
45. (Unifesp 2009) Uma pessoa de 70 kg desloca-se do andar térreo ao andar superior de uma grande loja de departamentos, utilizando uma escada rolante. A figura fornece a velocidade e a inclinação da escada em relação ao piso horizontal da loja.
Considerando que a pessoa permaneça sempre sobre o mesmo degrau da escada, e sendo g = 10 m/s2, sen 30°= 0,50 e cos 30°= 0,87, pode-se dizer que a energia transferida à pessoa por unidade de tempo pela escada rolante durante esse
percurso foi de:
a) 1,4 × 102 J/s.
b) 2,1 × 102 J/s.
c) 2,4 × 102 J/s.
d) 3,7 × 102 J/s.
e) 5,0 × 102 J/s.
46. (Enem cancelado 2009) A eficiência de um processo de conversão de energia, definida como sendo a razão entre a quantidade de energia ou trabalho útil e a quantidade de energia que entra no processo, é sempre menor que 100%
devido a limitações impostas por leis físicas. A tabela a seguir, mostra a eficiência global de vários processos de conversão.
Tabela
Eficiência de alguns sistemas de conversão de energia
Sistema Eficiência
Geradores elétricos 70 – 99%
Motor elétrico 50 – 95%
Fornalha a gás 70 – 95%
Termelétrica a carvão 30 – 40%
Usina nuclear 30 – 35%
Lâmpada fluorescente 20%
Lâmpada incandescente 5%
Célula solar 5 – 28%
HINRICHS, R. A.; KLEINBACH, M. Energia e meio ambiente.
São Paulo: Pioneira Thomson Learning, 2003 (adaptado).
Se essas limitações não existissem, os sistemas mostrados na tabela, que mais se beneficiariam de investimentos em pesquisa para terem suas eficiências aumentadas, seriam aqueles que envolvem as transformações de energia a) mecânica energia elétrica.
b) nuclear energia elétrica.
c) química energia elétrica.
d) química energia térmica.
e) radiante energia elétrica.
47. (Uece 2009) A figura a seguir mostra o perfil de uma pista de skate, feita do mesmo material do ponto U ao ponto Y.
Uma jovem skatista parte do ponto U com velocidade nula, passa pelos pontos V, X e chega ao ponto Y com velocidade nula. Com base no exposto, assinale o correto.
a) A energia cinética em V é igual à energia potencial gravitacional em U.
b) A energia cinética em V é igual á energia potencial gravitacional em X.
c) A energia cinética em V é igual à energia potencial gravitacional em Y.
d) A energia cinética em V é maior que a energia potencial gravitacional em X.
48. (Enem 2009) 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.
49. (Enem cancelado 2009) Considere a ação de se ligar uma bomba hidráulica elétrica para captar água de um poço e armazená-la em uma caixa d’água localizada alguns metros acima do solo. As etapas seguidas pela energia entre a usina hidroelétrica e a residência do usuário podem ser divididas da seguinte forma:
I — na usina: água flui da represa até a turbina, que aciona o gerador para produzir energia elétrica;
II — na transmissão: no caminho entre a usina e a residência do usuário a energia elétrica flui por condutores elétricos;
III — na residência: a energia elétrica aciona um motor cujo eixo está acoplado ao de uma bomba hidráulica e, ao girar, cumpre a tarefa de transferir água do poço para a caixa.
As etapas I, II e III acima mostram, de forma resumida e simplificada, a cadeia de transformações de energia que se processam desde a fonte de energia primária até o seu uso final. A opção que detalha o que ocorre em cada etapa é:
a) Na etapa I, energia potencial gravitacional da água armazenada na represa transforma-se em energia potencial da água em movimento na tubulação, a qual, lançada na turbina, causa a rotação do eixo do gerador elétrico e a correspondente energia cinética, dá lugar ao surgimento de corrente elétrica.
b) Na etapa I, parte do calor gerado na usina se transforma em energia potencial na tubulação, no eixo da turbina e dentro do gerador; e também por efeito Joule no circuito interno do gerador.
c) Na etapa II, elétrons movem-se nos condutores que formam o circuito entre o gerador e a residência; nessa etapa, parte da energia elétrica transforma-se em energia térmica por efeito Joule nos condutores e parte se transforma em energia potencial gravitacional.
d) Na etapa III, a corrente elétrica é convertida em energia térmica, necessária ao acionamento do eixo da bomba hidráulica, que faz a conversão em energia cinética ao fazer a água fluir do poço até a caixa, com ganho de energia potencial gravitacional pela água.
e) Na etapa III, parte da energia se transforma em calor devido a forças dissipativas (atrito) na tubulação; e também por efeito Joule no circuito interno do motor; outra parte é transformada em energia cinética da água na tubulação e potencial gravitacional da água na caixa d’água.
50. (Enem simulado 2009) No século XXI, racionalizar o uso da energia é uma necessidade imposta ao homem devido ao crescimento populacional e aos problemas climáticos que o uso da energia, nos moldes em que vem sendo feito, tem criado para o planeta. Assim, melhorar a eficiência no consumo global de energia torna-se imperativo. O gráfico, a seguir, mostra a participação de vários setores da atividade econômica na composição do PIB e sua participação no consumo final de energia no Brasil.
Considerando os dados apresentados, a fonte de energia primária para a qual uma melhoria de 10% na eficiência de seu uso resultaria em maior redução no consumo global de energia seria
a) o carvão.
b) o petróleo.
c) a biomassa.
d) o gás natural.
e) a hidroeletricidade.
51. (Unirio 2009) Um megaton de TNT (Trinitrotolueno), que é um explosivo, equivale a 4,2 x 1015 J. Admita que o asteroide 99942 Apophis que, segundo cálculos confiáveis da NASA, passará próximo à Terra por volta do ano de 2040, sofresse um desvio em sua trajetória e viesse a se chocar com o nosso planeta.
Considerando que sua massa é de aproximadamente 3 x 1010 kg e que sua velocidade de impacto, suposta constante, seja de 12 km/s, a quantidade de energia que seria liberada durante o choque, em megatons de TNT, é,
aproximadamente, igual a:
a) 514
b) 857 c) 1029 d) 1080 e) 2160
52. (Pucpr 2009) A produção de alimentos é uma atividade essencial para a existência humana que demanda
efetivamente muita água. A chuva é a sua principal fonte. Para uma planta atingir o potencial produtivo, ela requer um volume de água para o respectivo metabolismo.
Normalmente, quando a chuva cai sobre uma plantação, em geral as gotas não causam danos às plantas. Isso ocorre porque as gotas de chuva não estão em queda livre, mas sujeitas a um movimento no qual a resistência do ar deve ser levada em consideração.
Vamos supor que uma gota de chuva se forme numa altitude de 1000 m e cuja massa vale aproximadamente 1,5 × 10-3 g. Se na queda for considerada a resistência do ar, seu valor é tanto maior quanto maior a velocidade do corpo em movimento. Para uma gota em queda a partir do repouso, a velocidade aumenta até um valor máximo denominado velocidade limite, ou terminal, em média 18 km/h e atuam sobre a gota as seguintes forças: resistência do ar (FA), peso (P) e empuxo (E). A partir dessa velocidade, a gota cai em movimento retilíneo uniforme. (Considere g = 9,8 m/s2).
Com base no exposto, assinale a alternativa CORRETA.
a) Se a resistência do ar e o empuxo fossem desprezados, a energia mecânica não se conservaria.
b) Após atingir a velocidade limite, nenhuma força age sobre a gota.
c) Se a resistência do ar e o empuxo fossem desprezados, a velocidade com que a gota chegaria à superfície da terra seria de v=140m/s.
d) Considerando-se apenas a parte do percurso em que a gota está em movimento retilíneo uniforme, tem-se que ela sofre um acréscimo na sua energia cinética de 243 × 10-6 J.
e) Antes de a gota atingir a velocidade terminal a resultante das forças que agem sobre ela é FR=E+FA.
53. (Ufsc 2009) Em um parque de diversões, um pêndulo de brinquedo é constituído por uma esfera metálica de massa m, amarrada a uma barra fina, de massa desprezível e comprimento ℓ . O pêndulo deve ser lançado da altura máxima no ponto A, girando em um plano vertical, com o objetivo de tentar completar a volta e se aproximar, o máximo possível, novamente, do ponto A. Suponha que o pêndulo seja lançado com velocidade de módulo ( 2g ) , a partir do ponto A, chegando só até o ponto D, na primeira oscilação. Após oscilar repetidas vezes, para no ponto C. Despreze o atrito da esfera com o ar.
Considere: cos 37° ≈ 0,8 sen 37° ≈ 0,6
Assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S).
01) Se o atrito entre a barra e o eixo de suspensão fosse desprezível, a tensão na barra, no ponto C, seria três vezes o peso da esfera.
02) a quantidade de movimento do sapo 1 é igual, em módulo, à quantidade de movimento do sapo 2, durante a troca de suas posições.
04) Durante todo o movimento do pêndulo, a tensão não realiza trabalho.
08) O trabalho realizado pelo atrito entre os pontos A e D é 0,4 mgℓ.
16) O trabalho realizado pelo atrito desde o ponto A até a parada definitiva do pêndulo no ponto C é -3 mgℓ.
54. (Fuvest 2009) Com o objetivo de criar novas partículas, a partir de colisões entre prótons, está sendo desenvolvido, no CERN (Centro Europeu de Pesquisas Nucleares), um grande acelerador (LHC). Nele, através de um conjunto de ímãs, feixes de prótons são mantidos em órbita circular, com velocidades muito próximas à velocidade c da luz no vácuo. Os feixes percorrem longos tubos, que juntos formam uma circunferência de 27 km de comprimento, onde é feito vácuo.
Um desses feixes contém N = 3,0 × 1014 prótons, distribuídos uniformemente ao longo dos tubos, e cada próton tem uma energia cinética E de 7,0 × 1012 eV. Os prótons repassam inúmeras vezes por cada ponto de sua órbita,
estabelecendo, dessa forma, uma corrente elétrica no interior dos tubos. Analisando a operação desse sistema, estime:
NOTE E ADOTE:
q = Carga elétrica de um próton = 1,6 × 10-19C c = 3,0 × 108 m/s
1 eletron-volt = 1 eV = 1,6 × 10-19 J
a) A energia cinética total Ec, em joules, do conjunto de prótons contidos no feixe.
b) A velocidade V, em km/h, de um trem de 400 toneladas que teria uma energia cinética equivalente à energia do conjunto de prótons contidos no feixe.
c) A corrente elétrica I, em amperes, que os prótons em movimento estabelecem no interior do tubo onde há vácuo.
ATENÇÃO! Não utilize expressões envolvendo a massa do próton, pois, como os prótons estão a velocidades próximas à da luz, os resultados seriam incorretos.
55. (Puc-rio 2008) Um halterofilista levanta um peso a partir do solo até uma altura H, mantendo a velocidade do peso constante durante todo o movimento. Considerando o sistema peso e Terra, e que a energia potencial pode ser considerada zero na superfície da Terra, podemos afirmar que:
a) o halterofilista realizou trabalho, diminuindo a energia cinética do sistema;
b) o halterofilista realizou trabalho, aumentando a energia potencial do sistema;
c) o halterofilista realizou trabalho, diminuindo a energia potencial do sistema;
d) o halterofilista realizou trabalho, mantendo a energia potencial do sistema constante;
e) o halterofilista não realizou trabalho.
56. (Pucmg 2008) Em relação à energia cinética dos dois blocos da questão de número 34, considerando-se ambos inicialmente em repouso, pode-se afirmar que a energia cinética:
a) do segundo bloco será 64 vezes maior que a do primeiro.
b) do segundo bloco será 8 vezes maior que a do primeiro.
c) dos dois blocos será a mesma.
d) do primeiro bloco será 2 vezes maior que a do segundo.
57. (Ufsm 2008) Na preparação física, um atleta comprime em 20 cm uma mola de constante elástica de 200 N/m. Se o atleta realiza 15 ciclos de compressão e descompressão por minuto, com movimentos aproximadamente uniformes, tanto na ida como na volta, então, depois de exercitar-se por 5 minutos, a quantidade de energia gasta pelo atleta no exercício, em J, é de
a) 30 b) 300 c) 600
d) 1.200 e) 2.400
58. (Uepg 2008) A respeito de energia, assinale o que for correto.
01) Energia potencial é aquela que se encontra armazenada num determinado sistema e pode ser utilizada a qualquer momento para realizar trabalho.
02) No sistema conservativo, o decréscimo da energia potencial é compensado por um acréscimo da energia cinética.
04) A energia está relacionada com a capacidade de produzir movimento.
08) A energia pode ser transformada ou transferida, mas nunca criada ou destruída.
59. (Ueg 2008) A figura a seguir representa a variação da energia potencial em função da separação entre os átomos de hidrogênio e de flúor da molécula HF. O gráfico tem como referência o átomo de flúor. Próximo ao ponto de equilíbrio - ponto de energia potencial mínima (U0), a energia pode ser aproximada por uma função quadrática U(x) =
1 2
kx
2, na qual x representa o deslocamento do átomo de hidrogênio em relação ao ponto de equilíbrio (r0) e k é uma constante de proporcionalidade, chamada constante de força. A aproximação da energia potencial por uma função quadrática indica que, em torno da posição de equilíbrio, o movimento do átomo pode ser modelado por um sistema do tipo massa-mola.
Correlacionando o gráfico da energia potencial de uma molécula diatômica com o sistema massa-mola, responda aos itens seguintes, justificando sua resposta.
a) Para quais intervalos de r os átomos se atraem ou se repelem?
b) Qual o valor da energia potencial quando a distância entre os átomos for muito grande (r∞)?
c) Em que ponto a energia cinética dos átomos é máxima?
60. (Mackenzie 2008) Durante sua apresentação numa "pista de gelo", um patinador de 60 kg, devido à ação exclusiva da gravidade, desliza por uma superfície plana, ligeiramente inclinada em relação à horizontal, conforme ilustra a figura a seguir. O atrito é praticamente desprezível. Quando esse patinador se encontra no topo da pista, sua velocidade é zero e ao atingir o ponto mais baixo da trajetória, sua quantidade de movimento tem módulo
a) 1,20 . 102 kg . m/s b) 1,60 . 102 kg . m/s c) 2,40 . 102 kg . m/s d) 3,60 . 102 kg . m/s e) 4,80 . 102 kg . m/s Dados:
g = 10 m/s2
61. (Unesp 2011) Diariamente podemos observar que reações químicas e fenômenos físicos implicam em variações de energia. Analise cada um dos seguintes processos, sob pressão atmosférica.
I. A combustão completa do metano
CH4
produzindo CO2e H O2 . II. O derretimento de um iceberg.III. O impacto de um tijolo no solo ao cair de uma altura h.
Em relação aos processos analisados, pode-se afirmar que:
a) I é exotérmico, II e III são endotérmicos.
b) I e III são exotérmicos e II é endotérmico.
c) I e II são exotérmicos e III é endotérmico.
d) I, II e III são exotérmicos.
e) I, II e III são endotérmicos.
Gabarito:
Resposta da questão 1:
[A]
O gráfico que representa essa distribuição é a curva de Gauss ou curva do Sino (também conhecida por normal zero- um). Poucas moléculas têm baixa velocidade e poucas têm alta velocidade. A maioria das moléculas possuem um valor médio de velocidade.
Resposta da questão 2:
[E]
Dados: m = 80 kg; h = 450 m; g = 10 m/s2; = 25% = 0,25 = 1/4.
A energia útil (EU) nessa atividade a energia potencial gravitacional adquirida pela pessoa.
U U
E mgh80 10 450 360.000 J E 360 kJ.
A energia total (ET) liberada pelo organismo nessa atividade é:
U U
T T
T
T
E E 360
E E 4 360 E 1
4 E 1.440 J.
Consultando a tabela dada, concluímos que essa quantidade de energia corresponde à de 4 porções de espaguete.
Resposta da questão 3:
[D]
4 6
EP mgh1,2 10 10 25 3 10 J. Resposta da questão 4:
[C]
Inicialmente, a temperatura da sala diminui. Uma vez atingido o equilíbrio térmico, a temperatura da sala aumenta, pois está entrando energia elétrica na sala, sendo transformada em energia térmica pelo sistema motor-compressor.
Resposta da questão 5:
a) Dados: P = 8 MW = 8 106 W; m = 500 t = 5105 kg; v0 = 0; v = 288 km/h = 80 m/s.
O trabalho realizado pela força impulsora dos motores pode ser calculado pelo teorema da energia cinética.
motor
2
2 5 2
8 0
F cin
m v
m v 5 10 80
W E 16 10 J.
2 2 2
v
Mas:
motor motor
8
F F
6
W W 16 10
P t
t P 8 10
v v
t = 200 s.
b) Dados: m= 500 t = 5105 kg; v0 = 0; v = 288 km/h = 80 m/s; r = 5 km = 5103 m; N = 80 rodas.
Se a velocidade é constante, a força resultante na direção horizontal é estritamente radial. Ou seja, essa força é a resultante centrípeta. A força atuante em cada roda é:
2
2 5 2
Cent
roda 3
R m v r m v 5 10 80
F N N N r 80 5 10
Froda = 8.000 N.
c) Dados: m= 500 t = 5106 kg; v0 = 0; v = 288 km/h = 80 m/s; P = 8106 W.
Nesse item há um deslize da banca examinadora, pois não foi especificado se a frenagem ocorre em um trecho retilíneo ou curvilíneo.
Suponhamos que seja em um trecho retilíneo. Sendo a o módulo dessa aceleração, da expressão da potência instantânea, vem:
P = Fv P = mav P 8 105 6 a m v 5 10 80
a = 0,2 m/s2. Resposta da questão 6:
[A]
Calor é uma forma de energia, e a unidade de energia no SI é o joule (J).
Resposta da questão 7:
[C]
I. Incorreta.
A fissão é usada para produzir calor e aquecer a água no reator, como na afirmativa (II) II. Correta.
III. Correta.
IV. Incorreta.
Recentemente foi descoberta no sul da Índia a mina Tumalapalli, a maior reserva natural de urânio do mundo, estimada em 150 mil toneladas.
Resposta da questão 8:
[A]
Um mol de U-235 tem massa 235 g (M = 235 g/mol). Calculemos então quantos mols há em 1 kg (1.000 g).
m 1.000
n 4,23mols.
M 235
Para calcular a quantidade de átomos (N), basta multiplicar pelo número de Avogadro.
23 24
N4,23 6 10 N2,55 10 .
Como cada átomo libera 208 MeV é 1 eV = 4,45×10−20 kWh A, energia liberada por essa quantidade de átomos, em kWh, é:
24 20
7
E 2,55 10 208 4,45 10 E 2,36 10 kWh.
Como em 1 mês são consumidos 230 kWh, o tempo pedido é:
2,36 107 102.620
t 102.620 meses anos
230 12
t 8.55l anos.
Ou seja, mais de 8.000 anos.
Resposta da questão 9:
[A]
Como houve redução de energia, conclui-se que há forças dissipativas, cujo trabalho depende do caminho entre os dois pontos.
Resposta da questão 10:
[A]
A tabela mostra a energia gasta em cada uma das atividades, dentro do tempo especificado em cada uma das proposições, destacando aquela que mais se aproxima do gasto de 304 quilocalorias.
Atividade Gasto calórico*
(kcal/min)
Tempo de atividade (min)
Energia gasta (kcal)
Andar de bicicleta 4 60 240
Dançar 7 45 315
Esteira (andar acelerado) 9 20 180
Correr (no plano) 10 18 180
Spinning 13 15 195
Resposta da questão 11:
Na configuração A o CG de cada bloco está a 5,0cm do chão. Portanto a energia potencial do conjunto vale:
2 2
UA 3mgh 3 0,1 10 5 10 15 10 J
Na configuração A o CG do conjunto está a 15,0cm do chão. Portanto a energia potencial do conjunto vale:
2 2
UB 3mgh 3 0,1 10 15 10 45 10 J
B A
U U U
Δ U (45 15) 10 2 30 10 2J
Portanto, o valor de ΔU, em unidades de 102J, é igual a 30.
Resposta da questão 12:
a) Incorreta. Entendendo colisão elástica como perfeitamente elástica, a primeira afirmativa está correta. No entanto, em uma colisão inelástica, a energia cinética após a colisão frontal de dois corpos somente é nula se antes da colisão eles tiverem quantidades de movimento de mesma intensidade e de sentidos opostos.
b) Correta. Dados: = 2 g/cm3 = 2103 kg/m3; h = 100 m = 102 m; g = 10 m/s2. A pressão hidrostática exercida por um fluido é dada pelo teorema de Stevin.
3 2 6
p gh 2 10 10 10 2 10 Pa p 2 MPa.
c) Correta.
Resposta da questão 13:
[B]
Reservatório de energia: bateria e meio ambiente;
Transformador de energia: bateria e lâmpada;
Modo de transferência de energia: realizando trabalho elétrico sobre os elétrons-livres através do fio.
Resposta da questão 14:
a) A perda de energia potencial elástica, dissipada pelo atrito, é transformada em energia térmica (calor Q), absorvida pela mesa e pelo bloco, uma vez que o sistema está isolado termicamente.
Q = (Cb + Cm)(T – T0) EinpotEfinpot (Cb + Cm)(T – T0) 0
2 2
k x k (ax )o
2 2 (Cb + Cm)(T – T0)
