Lista de Exercícios 07_2012 – Trabalho e Energia (nível avançado

Lista de Exercícios 07_2012 – Trabalho e Energia (nível avançado) prof. Venê (14/05/2012)
1. (UNICAMP 2002) Os átomos que constituem os sólidos estão ligados entre si por forças
interatômicas. O trabalho necessário para arrancar um átomo de uma barra de ouro é
de aproximadamente 3,75 eV. Atualmente é possível arrancar do metal um único
átomo. Esse átomo desliga-se dos outros, quando é puxado a 4,0×10-10 m acima da
superfície da barra. Considere 1 eV=1,6×10-19 J.
a) Calcule a força necessária para arrancar um único átomo de ouro da barra.
b) Uma secção transversal da barra de ouro tem aproximadamente 1,6×1015
átomos/cm2. Calcule a força necessária para romper uma barra de ouro com área
transversal de 2 cm2.
2. (ENEM) O carneiro hidráulico ou aríete, dispositivo usado para bombear água, não
requer combustível ou energia elétrica para funcionar, visto que usa a energia da
vazão de água de uma fonte. A figura a seguir ilustra uma instalação típica de carneiro
em um sítio, e a tabela apresenta dados de seu funcionamento.
No sítio ilustrado, a altura da caixa d'água é o quádruplo da altura da fonte.
Comparado a motobomba a gasolina, cuja eficiência energética é cerca de 36%, o
carneiro hidráulico do sítio apresenta
a) menor eficiência, sendo, portanto, inviável economicamente.
b) menor eficiência, sendo desqualificado do ponto de vista ambiental pela quantidade
de energia que desperdiça.
c) mesma eficiência, mas constitui alternativa ecologicamente mais apropriada.
d) maior eficiência, o que, por si só, justificaria o seu uso em todas as regiões
brasileiras.
e) maior eficiência, sendo economicamente viável e ecologicamente correto.
3. (FUVEST) Um sistema mecânico faz com que um corpo de massa M0, após um certo
tempo em queda, atinja uma velocidade descendente constante V0, devido ao efeito
do movimento de outra massa m, que age como freio. A massa m é vinculada a uma
haste H, presa ao eixo E de um cilindro C, de raio R0, conforme mostrado na figura a
seguir.
Quando a massa M0 cai, desenrola-se um fio que movimenta o cilindro e o eixo,
fazendo com que a massa m descreva um movimento circular de raio R0. A velocidade
V0 é mantida constante, pela força de atrito, entre a massa m e a parede A, devido ao
coeficiente de atrito  entre elas e à força centrípeta que age sobre essa massa. Para
tal situação, em função dos parâmetros m, M0, R0, V0,  e g, determine:
NOTE E ADOTE:
O trabalho dissipado pela força de atrito em uma volta é igual ao trabalho realizado
pela força peso, no movimento correspondente da massa M0, com velocidade V0.
a) o trabalho TG, realizado pela força da gravidade, quando a massa M0 percorre uma
distância vertical correspondente a uma volta completa do cilindro C.
b) o trabalho TA, dissipado pela força de atrito, quando a massa m realiza uma volta
completa.
c) a velocidade V0, em função das demais variáveis.
4. (ITA) A água de um rio encontra-se a uma velocidade inicial V constante, quando
despenca de uma altura de 80 m, convertendo toda a sua energia mecânica em calor.
Este calor é integralmente absorvido pela água, resultando em um aumento de 1 K de
sua temperatura. Considerando 1 cal ¸ 4 J, aceleração da gravidade g = 10 m/s2 e calor
específico da água c = 1,0 cal.g-1.°C-1, calcula-se que a velocidade inicial da água V é de
a) 10√2 m/s.
b) 20 m/s.
c) 50 m/s.
d) 10 √32 m/s.
e) 80 m/s.
GABARITO
1.
2.
3.
4.
a) 1,5 . 10-9 N b) 4,8 . 106 N
E
a) M0g . 2R0 b) - M0g . 2R0 c) √(M0gR0/m)
E