Conteúdo : Trabalho e Energia

Aulas de
aprofundamento
(Extensivo)
Saber em Foco
Área de Ciências da Natureza
Disciplina: Física
- Ensino Médio
Professor: Marcelo Caldas Chaves
Conteúdo : Trabalho e Energia
01 - (UNESP)
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 g =
10 m/s2.
A tabela a seguir mostra a quantidade de energia, em
joules, contida em porções de massas iguais de alguns
alimentos.
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)
b)
c)
d)
e)
castanha de caju.
batata frita.
chocolate.
pizza de mussarela.
espaguete.
02 - (UFAC)
Considere as figuras (a), (b) e (c) e analise as afirmações
seguintes:
CARRON, W. e GUIMARÃES, O. As faces da Física.
São Paulo: Moderna, 2006, p. 158-159.
(I)
Na figura (a), quanto mais tempo o atleta demorar a
levantar a barra de pesos, maior será o trabalho
realizado pelas forças aplicadas a esse objeto.
(II) Na figura (c), quanto mais a pessoa andar, mais ela se

cansará. Portanto, a força vertical F , que ela aplica
sobre a mala para carregá-la, realizará mais trabalho.
(III) Na figura (b), se a barra foi levantada pelo esportista
com velocidade constante, o trabalho realizado pelas
forças aplicadas à barra será igual a mgh, onde m é a
massa da barra, g a aceleração da gravidade e h a altura
levantada.
(IV) Considerando a posição do atleta mostrada na figura (b),
e que a partir daí ele comece a se deslocar para frente e
para atrás, tentando sustentar a barra de pesos por
alguns segundos, sempre na mesma altura mostrada,
pode-se afirmar que, durante essa movimentação, as
forças com as quais ele sustenta a barra de pesos não
realizarão trabalho, independente do cansaço do atleta.
Sendo assim, pode-se afirmar que:
a)
b)
c)
d)
e)
(III) e (IV) estão corretas.
(I) e (IV) estão incorretas.
(II) está correta e (IV) está incorreta.
(II), (III) e (IV) estão corretas.
(I) (II) e (III) estão corretas.
03 - (UPE)
Um corpo de massa m desliza sobre o plano horizontal,
sem atrito ao longo do eixo AB, sob a ação de duas
forças F1 e F2, de acordo com a figura a seguir. A força F1
é constante, tem módulo igual a 10 N e forma com a
vertical um ângulo  = 30°.
A força F2 varia de acordo com o gráfico a seguir:
Dados: sen 30° = cos 60° = 1/2
O trabalho realizado pelas forças F 1 e F2, para que o
corpo sofra um deslocamento de 0 a 4m, em joules, vale
a)
b)
c)
d)
e)
20
47
27
50
40
04 - (FMABC)
Observe as figuras. Elas representam uma pessoa
elevando de 30cm uma carga de 1000N. Quanto ao
trabalho () realizado pela força gravitacional sobre a
carga, nas três situações, podemos afirmar que:
MÁXIMO, A., ALVARENGA, B. Física. São Paulo:
Scipione, 1999, p. 225. (com adaptações).
a)
O trabalho realizado por João é maior que o trabalho
realizado por André.
b) O trabalho realizado por João é menor que o trabalho
realizado por André.
c) O trabalho realizado por João é igual ao trabalho
realizado por André.
d) João faz uma força de maior intensidade que a de André,
para empurrar a caixa até o caminhão.
e) João faz a mesma força que André, para empurrar a
caixa até o caminhão.
07 - (UFMS)
Um atleta, ao terminar o pré-aquecimento em uma
academia, sobre uma esteira horizontal, analisa as
informações indicadas no painel eletrônico da esteira
que indica o seguinte:
Distância percorrida = 5,0 km; velocidade média = 20,0
km/h; calorias gastas pelo atleta = 200 kcal.
Considere 1cal = 4,18 J, e que toda a energia, gasta pelo
atleta, foi para realizar trabalho sobre a esteira a uma
potência constante. Assinale a alternativa correta.
a)
b)
c)
d)
e)
1 > 3 > 2
3 > 2 > 1
3 > 1 > 2
1 > 3 > 2
1 = 2 = 3
05 - (UDESC)
Um menino de massa 60,0 kg desliza ao longo de um
escorregador, partindo do repouso no ponto A, a uma
altura de 4,0 m do ponto B, o mais baixo do
escorregador. A velocidade com que o menino chega ao
ponto B é de 5,0 m/s. A quantidade de calor gerada pelo
atrito entre a superfície do escorregador e o menino,
devido ao seu deslocamento, é:
a)
b)
c)
d)
e)
3,15  103 J
2,40  103 J
7,50  102 J
1,65  103 J
2,00  103 J
06 - (UFAC)
João e André empurram caixas idênticas e de mesma
massa, com velocidade constante, do chão até a
carroceria de um caminhão. As forças aplicadas pelos
dois são paralelas às rampas. Desconsidere possíveis
atritos, analise as afirmações abaixo e assinale a opção
correta:
a)
A força média, na direção horizontal, aplicada na esteira
pelo atleta, foi maior que 160 N.
b) A potência média realizada pelo atleta sobre a esteira,
nesse aquecimento, foi maior que 1,0Kw.
c) A força média, na direção horizontal, aplicada na esteira
pelo atleta, foi menor que 160N.
d) A potência média realizada pelo atleta sobre a esteira,
nesse aquecimento, foi menor que 500W.
e) O tempo que o atleta permaneceu sobre a esteira, em
pré-aquecimento, foi de 30 minutos.
08 - (UNINOVE SP)
Um operário ergue uma carga de 50 kg de massa
trazendo-a do chão até uma altura de 6,0m, onde ele se
encontra. Para essa tarefa, o operário utiliza um moitão
simples de uma roldana fixa e outra móvel, como ilustra
a figura.
a)
b)
c)
d)
e)
Desprezando a inércia das roldanas e do cabo e
considerando a aceleração da gravidade com o valor
10m/s2, pode-se afirmar que o trabalho realizado
máxima H, em relação a CD. A velocidade do esqueitista
no trecho CD e a altura máxima H são, respectivamente,
iguais a
pelo peso da carga é de 3 000 J.
pelo peso da carga é de –3 000 J.
pela força exercida pelo operário é de 1 500 J.
pela força exercida pelo operário é de –1 500 J.
pela força exercida pelo operário depende da velocidade
constante com que a carga é erguida.
–
–
NOTE E ADOTE
g = 10 m/s2
Desconsiderar:
Efeitos dissipativos.
Movimentos do esqueitista em relação ao esqueite.
a)
b)
c)
d)
e)
5 m/s e 2,4 m.
7 m/s e 2,4 m.
7 m/s e 3,2 m.
8 m/s e 2,4 m.
8 m/s e 3,2 m.
09 - (ACAFE SC)
Em um curso de segurança de trânsito, um instrutor
deseja mostrar a relação entre o aumento de velocidade
de um carro e a energia associada ao mesmo. Considere
um carro acelerado do repouso até 72 km/h (20 m/s),
gastando uma energia E1, cedida pelo motor. Após, o
mesmo carro é acelerado de 72 km/h (20 m/s) até 144
km/h (40 m/s), portanto, com a mesma variação de
velocidade, gastando uma energia E2.
12 - (UFTM)
A montanha russa é uma atração radical em um parque
de diversões e sempre atrai um grande número de
visitantes. Na figura, um carrinho de massa 300 kg é
abandonado do repouso no ponto A e desce, com atrito
desprezível, até o ponto B. Entre B e C, o atrito torna-se
considerável, o que faz com que o carrinho pare no
ponto C.
A alternativa correta que mostra a relação entre as
energias E2 e E1 é:
a)
b)
c)
d)
E2 = 4E1
E2 = 2E1
E2 = E 1
E2 = 3E1
10 - (FATEC SP)
Em alguns parques de diversão, há um brinquedo radical
que funciona como um pêndulo humano. A pessoa,
presa por uma corda inextensível amarrada a um ponto
fixo acima de sua cabeça, é erguida por um guindaste
até uma altura de 20 m. A partir daí, ela é solta fazendo
um movimento pendular. Veja a figura.
Se admitirmos a aceleração da gravidade de 10 m/s2 e
desprezarmos qualquer tipo de atrito, a velocidade com
que a pessoa passará no ponto A mais baixo da
trajetória, em km/h, será de
a)
b)
c)
d)
e)
18.
24.
36.
48.
72.
11 - (FUVEST SP)
Um esqueitista treina em uma pista cujo perfil está
representado na figura abaixo. O trecho horizontal AB
está a uma altura h = 2,4 m em relação ao trecho,
também horizontal, CD. O esqueitista percorre a pista no
sentido de A para D. No trecho AB, ele está com
velocidade constante, de módulo v = 4 m/s; em seguida,
desce a rampa BC, percorre o trecho CD, o mais baixo da
pista, e sobe a outra rampa até atingir uma altura
Sabendo que o coeficiente de atrito entre o carrinho e a
pista no trecho horizontal BC vale 0,5, adotando g = 10
m/s2 e desprezando a resistência do ar, pode-se afirmar
que a distância entre B e C, percorrida pelo carrinho até
parar, em metros, é igual a
a)
b)
c)
d)
e)
12,8.
19,0.
25,6.
38,0.
51,2.
13 - (PUC RS)
Um bloco está apoiado em uma superfície horizontal de
atrito desprezível e encontra-se preso a uma mola ideal,
de tal forma que executa um movimento harmônico
simples. Na figura a seguir, os pontos A, 0 e B
representam os pontos de máxima compressão, de
equilíbrio e de máxima elongação da mola,
respectivamente.
O gráfico de barras que representa corretamente os
percentuais da energia cinética do bloco e da energia
potencial elástica armazenada na mola para as posições
A, 0 e B, indicadas na figura, é:
a)
Considerando que para cada litro de oxigênio consumido
são gastas 5 kcal e usando as informações do gráfico,
determine, para esse atleta,
a)
b)
b)
c)
d)
c)
a velocidade a partir da qual ele passa a gastar menos
energia correndo do que andando;
a quantidade de energia por ele gasta durante 12 horas
de repouso (parado);
a potência dissipada, em watts, quando ele corre a 15
km/h;
quantos minutos ele deve andar, a 7 km/h, para gastar a
quantidade de energia armazenada com a ingestão de
uma barra de chocolate de 100 g, cujo conteúdo
energético é 560 kcal.
NOTE E ADOTE
1 cal = 4 J.
15 - (UFG GO)
O Kers é um dispositivo automotivo desenvolvido para a
recuperação da energia cinética perdida durante as
frenagens. Nesse sistema, a potência recuperada é de
10% da potência máxima do motor. No campeonato de
Fórmula 1, os carros possuem motores de 600 kW (815
cv) enquanto o regulamento permite o uso de, no
máximo, 420 kJ obtido pela ação do Kers por volta. O
menor tempo, em s, para a liberação de toda a energia
acumulada por esse sistema, será de:
d)
e)
14 - (FUVEST SP)
A energia que um atleta gasta pode ser determinada
pelo volume de oxigênio por ele consumido na
respiração. Abaixo está apresentado o gráfico do volume
V de oxigênio, em litros por minuto, consumido por um
atleta de massa corporal de 70 kg, em função de sua
velocidade, quando ele anda ou corre.
a)
b)
c)
d)
e)
0,07
0,14
0,70
1,4
7,0
16 - (UNIOESTE PR)
Um menino cuja massa é 40 kg sobe, com velocidade
constante, por uma corda vertical de 6 m de
comprimento em 10 s. Considerando a aceleração da
gravidade igual a 10 m/s2, a potência desenvolvida pelo
menino nesse tempo é de
a)
b)
c)
d)
e)
2400 W.
480 W.
240 W.
720 W.
400 W.
17 - (UFJF MG)
Em uma construção civil, os operários usam algumas
máquinas simples para facilitar e diminuir sua carga
diária de energia gasta na execução de seu trabalho.
Uma das máquinas simples mais utilizadas são, por
exemplo, as roldanas fixas e móveis. Em um dia comum
de trabalho, um operário deve elevar, com velocidade
constante, um bloco de pedra de massa m = 100 kg para
o segundo andar da obra, que fica a uma altura h = 5,0
m em relação ao solo. Para essa tarefa, o operário
utilizou um sistema com duas roldanas, uma fixa e outra
móvel, e um cabo de massa desprezível, como mostra a
figura. Considere g = 10m/s2.
a)
Faça um diagrama de forças que atuam sobre o bloco e
identifique cada uma das forças.
b) Calcule a tração no cabo que está em contato com a mão
do operário e o trabalho realizado por ele, para elevar o
bloco até o segundo andar da obra.
c) Se foi gasto um tempo t = 10 s para o operário elevar o
bloco até o segundo andar da obra, calcule a potência
gasta nessa tarefa.
GABARITO:
1) Gab: E
3) Gab: B
5) Gab: D
7) Gab: A
9) Gab: D
11) Gab: E
2) Gab: A
4) Gab: E
6) Gab: C
8) Gab: B
10) Gab: E
12) Gab: C
13) Gab: A
14) Gab:
a) De acordo com o gráfico, a partir da velocidade 8,5km/h, o atleta passa a gastar menos energia correndo do que andando.
b) Em 12h, o consumo energético dele será de: 720kcal.
c) 1200W.
d) 70min.
15) Gab: E
16) Gab: C
17) Gab:
a)
b)
c)
2500J
250Watts
ENEM
1. (Enem 98) A eficiência de uma usina, do tipo da
representada na figura, é da ordem de 0,9, ou seja, 90%
da energia da água no início do processo se transforma
em energia elétrica. A usina Ji-Paraná, do Estado de
Rondônia, tem potência instalada de 512 milhões de
watts, e a barragem tem altura de aproximadamente
120m. A vazão do Rio Ji-Paraná, em litros de água por
segundo, deve ser da ordem de:
a) 50
b) 500
c) 5.000
d) 50.000
e) 500.000
3. (Enem 2005) Observe a situação descrita na tirinha a
seguir.
Assim que o menino lança a flecha, há transformação de
um tipo de energia em outra. A transformação, nesse
caso, é de energia
2. (Enem 2000) 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.
1. Evaporação 1kW
2. Energia dos hidrocarbonetos não queimados, energia
térmica dos gases de escape e transferida ao ar
ambiente 56,8kW
3. Luzes, ventilador, gerador, direção, bomba hidráulica,
etc. 2,2kW
4. Energia térmica 3kW
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%
a) potencial elástica em energia gravitacional.
b) gravitacional em energia potencial.
c) potencial elástica em energia cinética.
d) cinética em energia potencial elástica.
e) gravitacional em energia cinética.
4. (Enem 2007)
- A mochila tem uma estrutura rígida semelhante à
usada por alpinistas.
- O compartimento de carga é suspenso por molas
colocadas na vertical.
- Durante a caminhada, os quadris sobem e descem em
média cinco centímetros. A energia produzida pelo vai-evem do compartimento de peso faz girar um motor
conectado ao gerador de eletricidade.
Com o projeto de mochila ilustrado na figura 1,
pretende-se aproveitar, na geração de energia elétrica
para acionar dispositivos eletrônicos portáteis, parte da
energia desperdiçada no ato de caminhar. As
transformações de energia envolvidas na produção de
eletricidade enquanto uma pessoa caminha com essa
mochila podem ser esquematizadas conforme ilustrado
na figura 2.
As energias I e II, representadas no esquema anterior,
podem ser identificadas, respectivamente, como
a) cinética e elétrica.
b) térmica e cinética.
c) térmica e elétrica.
d) sonora e térmica.
e) radiante e elétrica.
5. (Enem 2001) A distribuição média, por tipo de
equipamento, do consumo de energia elétrica nas
residências no Brasil é apresentada no gráfico.
Como medida de economia, em uma residência com 4
moradores, o consumo mensal médio de energia elétrica
foi reduzido para 300kWh. Se essa residência obedece à
distribuição dada no gráfico, e se nela há um único
chuveiro de 5000W, pode-se concluir que o banho diário
de cada morador passou a ter uma duração
média, em minutos, de
a) 2,5.
b) 5,0.
c) 7,5.
d) 10,0.
e) 12,0.
6 - (ENEM/2009)
A eficiência de um processo de conversão de energia é
definida como a razão entre a produção de energia ou
trabalho útil e o total de entrada de energia no processo.
A figura mostra um processo com diversas etapas. Nesse
caso, a eficiência geral será igual ao produto das
eficiências das etapas individuais. A entrada de energia
que não se transforma em trabalho útil é perdida sob
formas não utilizáveis (como resíduos de calor).
Eficiência geral da conversão de energia química em
energia luminosa = E1  E2  E3 = 0,35  0,90  0,05 =
0,016
HINRICHS, R. A. Energia e Meio Ambiente.
São Paulo: Pioneira Thomson Learning,
2003 (adaptado).
Aumentar a eficiência dos processos de conversão de
energia implica economizar recursos e combustíveis. Das
propostas seguintes, qual resultará em maior aumento
da eficiência geral do processo?
a) Aumentar a quantidade de combustível para queima
na usina de força.
b) Utilizar lâmpadas incandescentes, que geram pouco
calor e muita luminosidade.
c) Manter o menor número possível de aparelhos
elétricos em funcionamento nas moradias.
d) Utilizar cabos com menor diâmetro nas linhas de
transmissão a fim de economizar o material condutor.
e) Utilizar materiais com melhores propriedades
condutoras nas linhas de transmissão e lâmpadas
fluorescentes nas moradias.
7 - (ENEM/2009)
A instalação elétrica de uma casa envolve várias etapas,
desde a alocação dos dispositivos, instrumentos e
aparelhos elétricos, até a escolha dos materiais que a
compõem, passando pelo dimensionamento da potência
requerida, da fiação necessária, dos eletrodutos*, entre
outras.
Para cada aparelho elétrico existe um valor de potência
associado. Valores típicos de potências para alguns
aparelhos elétricos são apresentados no quadro
seguinte:
Aparelhos
Potência (W)
Aparelho de som
120
Chuveiro elétrico
3.000
Ferro elétrico
500
Televisor
200
Geladeira
200
Rádio
50
*Eletrodutos são condutos por onde passa a fiação de
uma instalação elétrica, com a finalidade de protegê-la.
A escolha das lâmpadas é essencial para obtenção de
uma boa iluminação. A potência da lâmpada deverá
estar de acordo com o tamanho do cômodo a ser
iluminado. O quadro a seguir mostra a relação entre as
áreas dos cômodos (em m2) e as potências das lâmpadas
(em W), e foi utilizado como referência para o primeiro
pavimento de uma residência.
e) Usar o calor liberado com os gases pela chaminé para
mover um outro gerador.
9 - (ENEM/20011)
Uma das modalidades presentes nas olimpíadas é o salto
com vara. As etapas de um dos saltos
de um atleta estão representadas na figura:
Obs.: Para efeitos dos cálculos das áreas, as paredes são
desconsideradas.
Considerando a planta baixa fornecida, com todos os
aparelhos em funcionamento, a potência total, em
watts, será de
a) 4.070.
b) 4.270.
c) 4.320.
d) 4.390.
e) 4.470.
8 - (ENEM/2009)
O esquema mostra um diagrama de bloco de uma
estação geradora de eletricidade abastecida por
combustível fóssil.
Desprezando-se as forças dissipativas (resistência do ar e
atrito), para que o salto atinja a maior altura possível, ou
seja, o máximo de energia seja conservada, é necessário
que
a) a energia cinética, representada na etapa I, seja
totalmente convertida em energia potencial elástica,
representada na etapa IV.
b) a energia cinética, representada na etapa II, seja
totalmente
convertida
em
energia
potencial
gravitacional,representada na etapa IV.
c) a energia cinética, representada na etapa I, seja
totalmente convertida em energia potencial elástica
representada na etapa III.
d) a energia potencial gravitacional, representada na
etapa II, seja totalmente convertida em energia
potencial elástica, representada na etapa IV.
e) a energia potencial gravitacional, representada na
etapa I, seja totalmente convertida em energia potencial
elástica, representada na etapa III.
HINRICHS, R. A.; KLEINBACH, M. Energia e meio ambiente.
São Paulo: Pioneira Thomson Learning, 2003 (adaptado).
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.
10 - (ENEM/20012)
A eficiência das lâmpadas pode ser comparada utilizando
a razão, considerada linear, entre a quantidade de luz
produzida e o consumo. A quantidade de luz é medida
pelo fluxo luminoso, cuja unidade é o lúmen (lm). O
consumo está relacionado à potência elétrica da
lâmpada que é
medida em watt (W). Por exemplo, uma lâmpada
incandescente de 40W emite cerca de 600 lm, enquanto
uma lâmpada fluorescente de 40 W emite cerca de 3000
lm.
A eficiência de uma lâmpada incandescente de 40 W é
a) maior que a de uma lâmpada fluorescente de 8 W,
que produz menor quantidade de luz.
b) maior que a de uma lâmpada fluorescente de 40 W,
que produz menor quantidade de luz.
c) menor que a de uma lâmpada fluorescente de 8 W,
que produz a mesma quantidade de luz.
d) menor que a de uma lâmpada fluorescente de 40 W,
pois consome maior quantidade de energia.
e) igual a de uma lâmpada fluorescente de 40 W, que
consome a mesma quantidade de energia.
11 - (ENEM/20012)
Os carrinhos de brinquedos podem ser de vários tipos.
Dentre eles, há os movidos a corda, em que uma mola
GABARITO
1) e
2) a
3) c
4) a
5) c
6) e
7) d
8) e
9) c
10) c
11) e
em seu interior é comprimida quando a criança puxa o
carrinho para trás. Ao ser solto, o carrinho entra em
movimento enquanto a mola volta à sua forma inicial. O
processo de conversão de energia que ocorre no
carrinho descrito também é verificado em
a) um dínamo.
b) um freio de automóvel.
c) um motor a combustão.
d) uma usina hidroelétrica.
e) uma atiradeira (estilingue).