SISTEMAS MECÂNICOS

FÍSICA - 3o ANO
MÓDULO 27
SISTEMAS MECÂNICOS
Como pode cair no enem
(ENEM) A figura ao lado ilustra uma gangorra de
brinquedo feita com uma vela. A vela é acesa nas
duas extremidades e, inicialmente, deixa-se uma das
extremidades mais baixa que a outra. A combustão
da parafina da extremidade mais baixa provoca a
fusão. A parafina da extremidade mais baixa da vela
pinga mais rapidamente que na outra extremidade.
O pingar da parafina fundida resulta na diminuição
da massa da vela na extremidade mais baixa, o que
ocasiona a inversão das posições. Assim, enquanto
a vela queima, oscilam as duas extremidades.
Nesse brinquedo, observa-se a seguinte sequência de transformações de energia:
a) Energia resultante de processo químico → energia potencial gravitacional → energia cinética
b) Energia potencial gravitacional → energia elástica → energia cinética
c) Energia cinética → energia resultante de processo químico → energia potencial gravitacional
d) Energia mecânica → energia luminosa → energia potencial gravitacional
e) Energia resultante do processo químico → energia luminosa → energia cinética
Fixação
A fabulosa quantidade de energia que o Sol irradia continuamente para o espaço pode ser
analisada através da equação E = ∆mc2. Os cientistas acreditam que essa energia solar tem sua
origem em reações nucleares, nas quais 4 átomos de Hidrogênio se unem para formar um átomo
de Hélio, reações essas que são acompanhadas de uma grande emissão de energia. Uma reação
como esta, em que núcleos leves se unem originando um núcleo mais pesado, é denominada
fusão nuclear. Verifica-se que a massa do hélio formada é de 6,646 × 10 -27 kg e é inferior à soma
das massas dos 4 núcleos de hidrogênio, que somadas resultam em 6,694 × 10 -27 kg. Portanto,
a energia dessa fusão é função desta redução de massa, podendo ser calculada pela fórmula
que relaciona massa (∆m) com energia (E) dada acima, considerando-se a velocidade da luz
c = 3,0 × 105 km/s. Estima-se que no Sol ocorrem 1038 reações desse tipo em cada segundo.
(Adaptado de ALVARENGA, B. e MÁXIMO, A. Curso de Física)
1) (PUC) Considere que uma molécula de H2 receba uma energia igual à liberada pelo Sol em
uma reação de fusão e que toda essa energia seja convertida em movimento da molécula. Se
a massa da molécula de H2 é de aproximadamente 3,0 × 10-27 kg, então a velocidade dessa
lmolécula, após receber essa energia, será de:
a) 2,88 x 1015 m/s
b) 1,44 x 1015 m/s
c) [2,88 x 1015](1/2) m/s
d) [1,44 x 1015](1/2) m/s
Fixação
2) (ENEM) O funcionamento de uma usina nucleoelétrica típica baseia-se na liberação de
energia resultante da divisão do núcleo de urânio em núcleos de menor massa, processo
conhecido como fissão nuclear. Nesse processo, utiliza-se uma mistura de diferentes átomos
de urânio, de forma a proporcionar uma concentração de apenas 4% de material físsil. Em
bombas atômicas, são utilizadas concentrações acima de 20% de urânio físsil, cuja obtenção
é trabalhosa, pois, na natureza, predomina o urânio não físsil. Em grande parte do armamento
nuclear hoje existente, utiliza-se, então, como alternativa, o plutônio, material físsil produzido
por reações nucleares no interior do reator das usinas nucleoelétricas.
Considerando-se essas informações, é correto afir-mar que:
a) a disponibilidade do urânio na natureza está ameaçada devido a sua utilização em armas
nucleare;
b) a proibição de se instalarem novas usinas nucleoelétricas não causará impacto na oferta
mundial de energia;
c) a existência de usinas nucleoelétricas possibilita que um de seus subprodutos seja utilizado
como material bélico;
d) a obtenção de grandes concentrações de urânio físsil é viabilizada em usinas nucleoelétricas;
e) a baixa concentração de urânio físsil em usinas nucleoelétricas impossibilita o desenvolvimento
energético.
Fixação
3) (ENEM) Na avaliação da eficiência de usinas quanto à produção e aos impactos ambientais,
utilizam-se vários critérios, tais como: razão entre produção efetiva anual de energia elétrica e
spotência instalada ou razão entre potência instalada e área inundada pelo reservatório.
No quadro seguinte, esses parâmetros são aplicados as duas maiores hidrelétricas do
mundo: Itaipu, no Brasil, e Três Gargantas, na China.
Com base nessas informações,
avalie as afirmativas que se seguem.
I) A energia elétrica gerada anupotência instalada
12.600MW
18.200MW
almente e a capacidade nominal
produção efetiva 93 bilhões de
84 bilhões de
máxima de geração da hidrelétrica
de energia elétrica
kWh/ano
kWh/ano
de Itaipu são maiores que as da
a área inundada pelo
hidrelétrica de Três Gargantas.
1.400km2
1.000km2
reservatório
II) Itaipu é mais eficiente que Três
Gargantas no uso da potência insta(Internet: www.itaipu.gov.br)
lada na produção de energia elétrica.
;III) A razão entre potência instalada e área inundada pelo reservatório é mais favorável na
hidrelétrica Três Gargantas do que em Itaipu.
Parâmetros
Itaipu
Três Gargantas
É correto apenas o que se afirma em:
a) I
d) I e III
b) II
e) II e III
c) III
Fixação
F
4) (ENEM)
5
l
l
r
As figuras acima apresentam dados referentes aos consumos de energia elétrica e de água
relativos a cinco máquinas industriais de lavar roupa comercializadas no Brasil. A máquina
ideal, quanto a rendimento econômico e ambiental, é aquela que gasta, simultaneamente,
menos energia e água.
Com base nessas informações, conclui-se que, no conjunto pesquisado:
a) quanto mais uma máquina de lavar roupa economiza água, mais ela consome energia elétrica;d
f
b) a quantidade de energia elétrica consumida por uma máquina de lavar roupa é inversamente
proporcional à quantidade de água consumida por ela;
á
c) a máquina I é ideal, de acordo com a definição apresentada;
a
d) a máquina que menos consome energia elétrica não é a que consome menos água;
a
e) a máquina que mais consome energia elétrica não é a que consome mais água.
b
c
Fixação
5) (ENEM) A passagem de uma quantidade adequada de corrente elétrica pelo filamento de uma
lâmpada deixa-o incandescente, produzindo luz. O gráfico abaixo mostra como a intensidade da
luz emitida pela lâmpada está distribuída no espectro eletromagnético, estendendo-se desde a
região do ultravioleta (UV) até a região do infravermelho.
A eficiência luminosa de uma lâmpada pode ser definida como a razão entre a quantidade
de
; energia emitida na forma de luz visível e a quantidade total de energia gasta para o seu
funcionamento.
e
Admitindo-se que essas duas quantidades possam ser estimadas, respectivamente, pela
área abaixo da parte da curva correspondente à faixa de luz visível e pela área abaixo de toda
a curva, a eficiência luminosa dessa lâmpada seria de aproximadamente:
a) 10% d) 50%
b) 15% e) 75%
c) 25% Proposto
Dois carrinhos A e B, de massas mA = 4,0kg e m B = 2,0kg, movem-se sobre um plano horizontal sem atrito, com velocidade de 3,0m/s. Os carrinhos são mantidos presos um ao outro
através de um fio que passa por dentro de uma mola comprimida (fig. 1).
Em determinado momento, o fio se rompe e a mola se distende, fazendo com que o carrinho
A pare (fig. 2), enquanto que o carrinho B passa a se mover com velocidade VB. Considere que
toda a energia potencial elástica da mola tenha sido transferida para os carrinhos.
1) A velocidade que o carrinho B adquire, após o fio se romper, vale, em m/s:
a) 6,0
b) 9,0
c) 12
d) 15
e) 18
Proposto
- Dois carrinhos A e B, de massas mA = 4,0kg e m B = 2,0kg, movem-se sobre um plano horizontal sem atrito, com velocidade de 3,0m/s. Os carrinhos são mantidos presos um ao outro
através de um fio que passa por dentro de uma mola comprimida (fig. 1).
o Em determinado momento, o fio se rompe e a mola se distende, fazendo com que o carrinho
A pare (fig. 2), enquanto que o carrinho B passa a se mover com velocidade VB. Considere que
toda a energia potencial elástica da mola tenha sido transferida para os carrinhos.
2) A energia potencial elástica, em joules, que a mola possuía, antes de o fio se romper, valia:
a) 9,0
b) 18
c) 27
d) 36
e) 54
Proposto
3) (ENEM) A energia térmica liberada em processos de fissão nuclear pode ser utilizada na
geração de vapor para produzir energia mecânica que, por sua vez, será convertida em energia
elétrica.
A seguir está representado um esquema básico de uma usina de energia nuclear.
Com relação ao impacto ambiental causado pela poluição térmica no processo de refrigeração da usina nuclear, são feitas as seguintes afirmações:
I) O aumento na temperatura reduz, na água do rio, a
quantidade de oxigênio nela dissolvido, que é essencial
para a vida aquática e para a decomposição da matéria
orgânica.
II) O aumento da temperatura da água modifica o metabolismo dos peixes.
III) O aumento na temperatura da água diminui o crescimento de bactérias e de algas, favorecendo o desenvolvimento da vegetação.
Das afirmativas acima, somente está(ão) correta(s):
a) I
b) II
c) III
d) I e II
e) II e III
Proposto
4) (ENEM) A partir do esquema anterior são feitas as seguintes afirmações:
I) A energia liberada na reação é usada para ferver a água que, como vapor à alta pressão,
aciona a turbina.
II) A turbina, que adquire uma energia cinética de rotação, é acoplada mecanicamente ao
-gerador para produção de energia elétrica.
III) A água, depois de passar pela turbina, é pré-aquecida no condensador e bombeada de
volta ao reator.
a
Dentre as afirmações acima, somente está(ão) correta(s):
a) I
d) I e II
b) II
e) II e III
-c) III
-
Proposto
5) (ENEM) O esquema abaixo mostra, em termos de potência (energia/tempo), aproximadamente, o fluxo de energia, a partir de uma certa quantidade de combustível vinda do tanque
de gasolina, em um carro viajando com velocidade constante.
O esquema mostra que, na queima da gasolina, no motor de combustão, uma parte considerável de sua energia é dissipada. Essa perda é da ordem de:
a) 80%
b) 70%
c) 50%
d) 30%
e) 20%
Proposto
-6) (ENEM) O resultado da conversão
direta de energia solar é uma das várias
formas de energia alternativa de que se
dispõe. O aquecimento solar é obtido por
uma placa escura coberta por vidro, pela
qual passa um tubo contendo água. A
água circula, conforme mostra o esquema
a seguir:
São feitas as seguintes afirmações
quanto aos materiais utilizados no
aquecedor solar:
I) o reservatório de água quente deve
(Adaptado de PALZ, Wolfgang. Energia solar e fonter alternativas.
ser metálico para conduzir melhor o calor.
Hemus, 1981.)
II)
a
cobertura
de
vidro
tem
como
função
reter melhor o calor, de forma semelhante
ao que ocorre em uma estufa.
III) a placa utilizada é escura para absorver melhor a energia radiante do Sol, aquecendo a
água com maior eficiência.
Dentre as afirmações acima, pode-se dizer que apenas está(ão) correta(s):
a) I
b) I e II
c) II
d) I e III
e) II e III
Proposto
7) (PUC) Dois patinadores, um de massa 100kg e outro de massa 80kg,
estão de mãos dadas em repouso sobre uma pista de gelo, onde o atrito
é desprezível. Eles empurram-se mutuamente e deslizam na mesma
direção, porém em sentidos opostos. O patinador de 100kg adquire
uma velocidade de 4m/s. A velocidade relativa de um dos patinadores
em relação ao outro é, em módulo, igual a:
a) 5m/s
d) 9m/s
b) 4m/s
e) 20m/s
c) 1m/s
Proposto
8) (PUC) João e Maria empurram juntos, na direção horizontal e mesmo sentido, uma caixa
de massa m = 100kg. A força exercida por Maria na caixa é de 35N. A aceleração imprimida à
caixa é de 1m/s2. Desprezando o atrito entre o fundo da caixa e o chão, pode-se dizer que a
força exercida por João na caixa, em newtons, é:
a) 35
d) 65
b) 45
e) 75
c) 55
Proposto
9) (UFRS) Sobre uma partícula, inicialmente em movi-mento retilíneo uniforme, é exercida, a
partir de certo instante t, uma força resultante cujo módulo permanece constante e cuja direção
se mantém sempre perpendicular à direção da velocidade da partícula.
Nessas condições, após o instante t:
a) a energia cinética da partícula não varia;
b) o vetor quantidade de movimento da partícula permanece constante;
c) o vetor aceleração da partícula permanece constante;
d) o trabalho realizado sobre a partícula é não nulo;
e) o vetor impulso exercido sobre a partícula é nulo.
Proposto
a10) Uma esfera de massa 2,0kg, presa a uma mola de 1,0m de
comprimento e cons-tante elástica 30N/m, des-creve uma trajetória
circular num plano horizontal sobre uma mesa perfeitamente polida,
como mostra a figura.
A energia mecânica, em relação à mesa, associada ao sistema
massa-mola nas condições citadas vale:
a) 3,2J
d) 6,2J
b) 4,2J
e) 7,2J
c) 5,2J
r = 1,2 m
Proposto
Na figura ao lado, temos a vista de cima de um disco circular horizontal que
gira no sentido horário com velocidade angular constante em torno de um eixo
vertical que passa pelo seu centro. O círculo escurecido representa um pequeno
cilindro que repousa sobre o disco, enquanto este gira.
11) (CFTCE) Suponha que o cilindro possua massa igual a 40g, que o coeficiente de atrito estático entre o disco e o cilindro seja 0,18, que a distância
do cilindro ao eixo valha 20cm e que a aceleração da gravidade seja de 10 m/s2. A máxima
velocidade angular com que o disco pode girar, sem que o cilindro deslize, vale, em rad/s:
a) 0,9
d) 2,0
b) 1,0
e) 3,0
c) 1,8
Proposto
Na figura ao lado, temos a vista de cima de um disco circular horizontal que
gira no sentido horário com velocidade angular constante em torno de um eixo
vertical que passa pelo seu centro. O círculo escurecido representa um pequeno
cilindro que repousa sobre o disco, enquanto este gira.
12) (CFTCE) No instante indicado na figura anterior, os vetores velocidade e aceleração do cilindro e o vetor força resultante, atuando sobre o mesmo, são mais bem
representados em:
a)
b)
d)
e)
c)
Proposto
13) (UFU) Um bloco de massa M = 8 kg encontra-se apoiado em um plano inclinado e conectado
a um bloco de massa m por meio de polias, conforme figura a seguir.
Dados: sen 30° = 1/2 cos 30° =
/2
O sistema encontra-se em equilíbrio estático, sendo que o plano inclinado está fixo no solo.
As polias são ideais e os fios de massa desprezível. Considerando g = 10 m/s2, θ = 30° e que
não há atrito entre o plano inclinado e o bloco de massa M, marque a alternativa que apresenta
o valor correto da massa m, em kg.
a) 2
b) 4
c) 2
Proposto
14) (UFC) Uma granada explode no ar quando sua velocidade é v0. A explosão dá origem a
três fragmentos de massas iguais. Imediatamente depois da explosão, os fragmentos têm as
velocidades iniciais, v1, v2 e v3, contidas num mesmo plano, indicadas na figura abaixo.
Assinale a opção correta para o valor de v0.
a) 2,0km/s
b) 1,6km/s
c) 1,2km/s
d) 0,8km/s
e) 0,4km/s