04-Exercicios sobre manifestacoes de Energia Mecanica

 Colégio Técnico da Escola de Educação Básica e Profissional da UFMG – Física – 1º Ano/2015 1
Exercícios sobre manifestações de energia mecânica
1) O salto com vara é, sem dúvida uma das
modalidades mais exigentes do atletismo. Em
um único salto, o atleta executa cerca de 23
movimentos em menos de 2,0 segundos. A
figura a seguir representa um atleta durante
um salto com vara em 3 instantes distintos.
Identifique as manifestações da energia que
podem ser associadas às situações I, II e III
mostradas na figura.
2) A figura desta questão mostra um
skatista descendo uma rampa. O
gráfico de barras representa, para
a posição A, os valores relativos
das energias: cinética, potencial
gravitacional, térmica e total. A
linha tracejada mostra o nível a
partir do qual se mede a energia
potencial. Após sair do ponto A, o
skatista alcança o ponto E do
outro lado da pista.
a) Supondo desprezíveis as
perdas de energia por atrito,
construa gráficos similares,
àqueles exibidos na figura,
para comparar as quantidades de energia associadas às posições B, C e D.
b) Se houver atrito e o skatista só conseguir atingir o ponto D, após passar pelo loop, o que muda nos
gráficos de barras produzidos para as posições B e C e D? Construa novos gráficos para representar
as energias nessas posições.
3) Considere uma criança sentada em uma roda gigante que gira com velocidade constante. Um estudante
afirma que para essa criança a energia:
I.
cinética é constante.
II. potencial é constante.
III. mecânica é constante.
Analise as alternativas a seguir e assinale aquela que estiver CORRETA:
a) Apenas a afirmativa I é verdadeira
c) Apenas a afirmativa III é verdadeira
b) Apenas a afirmativa II é verdadeira
d) Todas as afirmativas são verdadeiras
4) Um corpo de massa 0,5 kg é lançado, do solo, verticalmente para cima com velocidade inicial de 12 m/s.
Desprezando a resistência do ar, isto é, supondo que a energia mecânica se conserve durante a subida,
e adotando g = 10 m/s2, calcule a altura máxima que o corpo alcança.
5) Durante o movimento de um pêndulo, em uma única oscilação, podemos considerar como constante a
energia mecânica total do sistema. Com efeito, é necessário esperar por um número muito grande de
oscilações para observar a diminuição da energia mecânica de um pêndulo posto a oscilar.
a) Que transformações de energia ocorrem durante uma única oscilação de um pêndulo, quando se
despreza o efeito das forças de atrito?
b) A conservação da energia mecânica é um caso comum e corriqueiro? Explique.
6) Existe um tipo de escorregador conhecido como toboágua (veja a figura ao lado).
Nesse tipo de brinquedo, água corrente desce continuamente pela superfície do
escorregador até cair em uma piscina. Uma bomba retira água da piscina e a
devolve para o alto do escorregador, de modo a manter o fluxo de água
constante. Esse artifício é usado para minimizar o atrito exercido sobre o corpo
de uma pessoa que utiliza o brinquedo para “pular” na piscina. Suponha que
uma criança com 30 kg de massa, partindo do repouso, no alto do brinquedo,
desliza até sua base, que está a 3,2 m abaixo do topo. Desprezando as perdas
de energia e admitindo g = 10 m/s2, calcule a velocidade da criança ao chegar à
superfície da água na piscina.
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7) A figura mostra o perfil de um escorregador conhecido como tobogã, que é encontrado em grandes
parques de diversão. Uma pessoa de 60 kg parte do
repouso no ponto A e escorrega na superfície do tobogã
até atingir o ponto C com velocidade de 10 m/s.
Considere g = 10 m/s2 e demonstre que, de acordo com
os dados do problema, o atrito não pode ser
desprezado.
8) Uma bola de borracha com massa igual a 0,100 Kg é
abandonada de uma altura igual a 1,00 metros em relação ao chão. A bola, então, repica no chão e sobe
até uma altura igual a 0,70 metros, após o primeiro repique. Despreze a dissipação de energia devido ao
atrito com o ar, considere a aceleração da gravidade igual a 10 m/s2 e determine:
a) a diferença entre a energia mecânica com a qual a bola atinge o chão, antes da primeira colisão, e a
energia mecânica com a qual ela abandona o chão.
b) o valor provável da energia potencial elástica máxima da bola durante a colisão.
c) a velocidade com a qual a bola atinge o chão, antes da primeira colisão, e a velocidade com a qual
ela abandona o chão, ao subir, após a primeira colisão.
9) Uma bala de 20,0 Kg é disparada de um canhão e passa
pelo ponto A mostrado na figura (fora de escala) com
uma velocidade instantânea de 40,0 m/s. A altura
máxima atingida pela bala de canhão é 60,0 metros
superior à altura exibida no ponto A. Desprezando o
atrito entre a bala e o ar:
a) Calcule a energia potencial gravitacional no ponto B
b) Calcule a energia cinética da bala de canhão nesse
mesmo ponto.
10) Considerando a situação descrita no exercício anterior,
o que poderíamos dizer da energia cinética no ponto B, em relação ao valor que foi calculado se houvesse
atrito?
11) Um carrinho cujo centro geométrico e
gravitacional está situado no ponto A (veja
a figura), parte do repouso e alcança o
ponto B. Calcule a velocidade do carrinho
em B, sabendo que 50% de sua energia
mecânica inicial é dissipada pelo atrito no
trajeto.
12) Um corpo de massa m é empurrado por uma pessoa
contra uma mola cuja constante elástica é K = 600 N/m,
até que a mola atinja uma deformação X = 30 cm. A figura
ao lado mostra o corpo no lado esquerdo da figura, depois
de ter sido abandonado pela pessoa e da mola ter se
descomprimido totalmente. No lado direito da figura,
vemos que a pista se torna curva. Depois de ter
percorrido a pista, cujo atrito sobre o corpo é desprezível, o corpo alcança a altura máxima h = 0,9 m.
Considere g = 10 m/s2 e responda:
a) Qual é a energia potencial elástica máxima atingida pela mola?
b) Qual é a energia cinética máxima adquirida pelo corpo e em que trecho da pista ele exibe essa
energia?
c) Qual é a massa do corpo em questão?
13) Um canhão de mola dispara, verticalmente, uma bola com massa igual a 0,010 Kg que, posteriormente,
atinge uma altura máxima igual a 90 cm.
a) Quais são as transformações de energia que ocorrem desde o momento em que a mola do canhão
começa a ser comprimida até o momento em que a bola lançada pelo canhão atinge sua altura
máxima.
b) Considerando que a mola é comprimida em X = 0,020 m, qual é a constante elástica da mola utilizada
na construção desse canhão.