Energia Parte I 1. (Unicamp 2014) A figura abaixo exibe, em porcentagem, a previsão da oferta de energia no Brasil em 2030, segundo o Plano Nacional de Energia. 3. (Uerj 2014) Duas gotas de orvalho caem de uma mesma folha de árvore, estando ambas a uma altura h do solo. As gotas possuem massas m1 e m2 , sendo m2 = 2m1. Ao atingirem o solo, suas velocidades e energias cinéticas são, respectivamente, v1, E1 e v 2 , E2 . Desprezando o atrito e o empuxo, determine as razões e Segundo o plano, em 2030, a oferta total de energia do país irá atingir 557 milhões de tep (toneladas equivalentes de petróleo). Nesse caso, podemos prever que a parcela oriunda de fontes renováveis, indicada em cinza na figura, equivalerá a a) 178,240 milhões de tep. b) 297,995 milhões de tep. c) 353,138 milhões de tep. d) 259,562 milhões de tep. 2. (Espcex (Aman) 2014) Uma esfera é lançada com velocidade horizontal constante de módulo v=5 m/s da borda de uma mesa horizontal. Ela atinge o solo num ponto situado a 5 m do pé da mesa conforme o desenho abaixo. v1 v2 E1 . E2 4. (Fuvest 2014) Em uma competição de salto em distância, um atleta de 70 kg tem, imediatamente antes do salto, uma velocidade na direção horizontal de módulo 10 m/s. Ao saltar, o atleta usa seus músculos para empurrar o chão na direção vertical, produzindo uma energia de 500 J, sendo 70% desse valor na forma de energia cinética. Imediatamente após se separar do chão, o módulo da velocidade do atleta é mais próximo de a) 10,0 m/s b) 10,5 m/s c) 12,2 m/s d) 13,2 m/s e) 13,8 m/s 5. (Fuvest 2014) Uma pessoa faz, diariamente, uma caminhada de 6 km em uma pista horizontal, consumindo 80 cal a cada metro. Num certo dia, ela fez sua caminhada habitual e, além disso, subiu um morro de 300 m de altura. Essa pessoa faz uma alimentação diária de 2000 kcal, com a qual manteria seu peso, se não fizesse exercícios. Com base nessas informações, determine a) a percentagem P da energia química proveniente dos alimentos ingeridos em um dia por essa pessoa, equivalente à energia consumida na caminhada de 6 km; b) a quantidade C de calorias equivalente à variação de energia potencial dessa pessoa entre a base e o topo do morro, se sua massa for 80 kg; c) o número N de caminhadas de 6 km que essa pessoa precisa fazer para perder 2,4 kg de gordura, se mantiver a dieta diária de 2000 kcal. Note e adote: 2 Desprezando a resistência do ar, o módulo da velocidade com que a esfera atinge o solo é de: 2 Dado: Aceleração da gravidade: g=10 m/s a) 4 m / s b) 5 m / s c) 5 2 m / s d) 6 2 m / s e) 5 5 m / s www.soexatas.com A aceleração da gravidade local é igual a 10 m/s . 1 cal = 4 J. 9 kcal são produzidas com a queima de 1 g de gordura. TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Leia o texto: Andar de bondinho no complexo do Pão de Açúcar no Rio de Janeiro é um dos passeios aéreos urbanos mais famosos do mundo. Marca registrada da cidade, o Morro do Pão de Açúcar é constituído de um único bloco de granito, despido de vegetação em sua quase totalidade e tem mais de 600 milhões de anos. Página 1 6. (Unicamp 2014) A altura do Morro da Urca é de 220 m e a altura do Pão de Açúcar é de cerca de 400 m, ambas em relação ao solo. A variação da energia potencial gravitacional do bondinho com passageiros de massa total M = 5000 kg, no segundo trecho do passeio, é (Use g = 10 m / s2 . ) a) 11× 106 J. b) 20 × 106 J. c) 31× 106 J. d) 9 × 106 J. 7. (Ufsc 2013) Em Santa Catarina, existe uma das maiores torres de queda livre do mundo, com 100 m de altura. A viagem começa com uma subida de 40 s com velocidade considerada constante, em uma das quatro gôndolas de 500 kg, impulsionadas por motores de 90 kW. Após alguns instantes de suspense, os passageiros caem em queda livre, alcançando a velocidade máxima de 122,4 km/h, quando os freios magnéticos são acionados. Em um tempo de 8,4 s depois de iniciar a descida, os passageiros estão de volta na base da torre em total segurança. Considere a gôndola carregada com uma carga de 240 kg. 8. (Ufg 2013) Os carros modernos utilizam freios a disco em todas as rodas, e o acionamento é feito por um sistema hidráulico fechado, que é acionado quando o motorista pisa no pedal de freio. Neste sistema, ao mover o pistão, as pastilhas de freio entram em contato com o disco nos dois lados. Considere que um carro de 500 kg, viajando a uma velocidade de 20 m/s, precisa parar imediatamente. O motorista o faz sem deslizamento dos pneus, dentro de uma distância de 20 m. Considerando-se o exposto, calcule: a) A força média com que cada pistão pressiona o disco de freio. Use 0,8 como o coeficiente de atrito entre a pastilha e o disco. b) A pressão do óleo que empurra o pistão. Use o diâmetro de 4 cm para esse pistão. 9. (Ufg 2013) Um esquiador de massa m desce por uma rampa, de altura h, e na parte inferior entra em um loop de raio R, conforme ilustra a figura a seguir. Tendo em vista que no ponto A, a altura R do solo, o módulo da força resultante sobre o esquiador é de 26 vezes o valor de seu peso, e que o atrito é desprezível, determine: a) a razão h/R; b) a força que o trilho exerce sobre o esquiador no ponto mais alto do loop. Com base nas informações acima, assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S). 01) A potência média desenvolvida pela força aplicada pelo motor durante a subida de uma gôndola carregada é de 18500 W. 02) O módulo da força média sobre a gôndola carregada durante a frenagem na descida é de 5032 N. 04) O tempo total de queda livre é de aproximadamente 4,47 s. 08) A distância percorrida pela gôndola carregada durante a queda livre é de 57,8 m. 16) A aceleração da gôndola carregada durante todo o percurso é igual a g. 32) Uma mola de constante elástica k mínima de 480,4 N/m, colocada da base da torre até a altura em que a queda livre cessa, substituiria eficazmente os freios magnéticos, permitindo que a gôndola carregada chegasse na base da torre com velocidade nula. www.soexatas.com 10. (Unesp 2013) A figura ilustra um brinquedo oferecido por alguns parques, conhecido por tirolesa, no qual uma pessoa desce de determinada altura segurando-se em uma roldana apoiada numa corda tensionada. Em determinado ponto do percurso, a pessoa se solta e cai na água de um lago. Considere que uma pessoa de 50 kg parta do repouso no ponto A e desça até o ponto B segurando-se na roldana, e que nesse trajeto tenha havido perda de 36% da energia mecânica do sistema, devido ao atrito entre a roldana e a corda. No ponto B ela se solta, atingindo o ponto C na superfície da água. Em seu movimento, o centro de massa Página 2 da pessoa sofre o desnível vertical de 5 m mostrado na figura. Desprezando a resistência do ar e a massa da roldana, e 2 adotando g = 10 m/s , pode-se afirmar que a pessoa atinge o ponto C com uma velocidade, em m/s, de módulo igual a a) 8. b) 10. c) 6. d) 12. e) 4. 11. (Upe 2013) Um bloco de massa M = 1,0 kg é solto a partir do repouso no ponto A, a uma altura H = 0,8 m, conforme mostrado na figura. No trecho plano entre os pontos B e C (de comprimento L = 3,5 m), o coeficiente de atrito cinético é μ = 0,1. No restante do percurso, o atrito é desprezível. Após o ponto C, encontra-se uma mola de 2 constante elástica k = 1,0 x 10 N/m. 2 Considere a aceleração da gravidade como g = 10 m/s . 2 A aceleração da gravidade local é de 10 m/s . O trabalho realizado pelas forças dissipativas sobre o carro em seu deslocamento de A para B vale, em joules, a) 1,0 ⋅ 105 . b) 7,5 ⋅ 105 . c) 1,0 ⋅ 106 . d) 1,7 ⋅ 106 . e) 2,5 ⋅ 106 . 13. (Ueg 2013) Para um atleta da modalidade “salto com vara” realizar um salto perfeito, ele precisa correr com a máxima velocidade e transformar toda sua energia cinética em energia potencial, para elevar o seu centro de massa à máxima altura possível. Um excelente tempo para a corrida de velocidade nos 100 metros é de 10 s. Se o atleta, cujo centro de massa está a uma altura de um metro do chão, num local onde a aceleração da gravidade é de 10 m s2 , adquirir uma velocidade igual a de um recordista dos 100 metros, ele elevará seu centro de massa a uma altura de a) 0,5 metros. b) 5,5 metros. c) 6,0 metros. d) 10,0 metros. 14. (Ime 2013) Sobre isso, analise as proposições a seguir: I. Na primeira queda, a velocidade do bloco no ponto B é vB = 16 m/s. II. Na primeira queda, a velocidade do bloco no ponto C é vC = 9 m/s. III. Na primeira queda, a deformação máxima da mola é xmáx = 30 cm. IV. O bloco atinge o repouso definitivamente numa posição de 1 m à direita do ponto B. Está(ão) CORRETA(S) a) I e II, apenas. b) III e IV, apenas. c) I, II, III e IV. d) III, apenas. e) I, II e IV, apenas. 12. (Fgv 2013) Um carro, de massa 1 000 kg, passa pelo ponto superior A de um trecho retilíneo, mas inclinado, de certa estrada, a uma velocidade de 72 km/h. O carro se desloca no sentido do ponto inferior B, 100 m abaixo de A, e passa por B a uma velocidade de 108 km/h. www.soexatas.com Um objeto puntiforme de massa m é lançado do ponto A descrevendo inicialmente uma trajetória circular de raio R, como mostrado na figura acima. Ao passar pelo ponto P o módulo da força resultante sobre o objeto é 17 mg, sendo g a aceleração da gravidade. A altura máxima hmax que o objeto atinge na rampa é: a) 3R ( c) ( d) ( b) 17 − 1) R 17 + 1) R 17 + 2 ) R e) 18R 15. (Ita 2013) Uma rampa maciça de 120 kg inicialmente em repouso, apoiada sobre um piso horizontal, tem sua declividade dada por tan θ = 3 4. Um corpo de 80 kg desliza nessa rampa a partir do repouso, nela percorrendo 15 m até alcançar o piso. No final desse percurso, e desconsiderando qualquer tipo de atrito, a velocidade da rampa em relação ao piso é de aproximadamente a) 1 m/s. b) 3 m/s. Página 3 c) 5 m/s. d) 2 m/s. e) 4 m/s. 16. (Espcex (Aman) 2013) Um carrinho parte do repouso, do ponto mais alto de uma montanha-russa. Quando ele está a 10 m do solo, a sua velocidade é de 1m s. Desprezando todos os atritos e considerando a aceleração da gravidade igual a 10 m s2 , podemos afirmar que o carrinho partiu de uma altura de a) 10,05 m b) 12,08 m c) 15,04 m d) 20,04 m e) 21,02 m 17. (Ufsm 2013) Um ônibus de massa m anda por uma estrada de montanha e desce uma altura h. O motorista mantém os freios acionados, de modo que a velocidade é mantida constante em módulo durante todo o trajeto. Considerando as afirmativas a seguir, assinale se são verdadeiras (V) ou falsas (F). ( ( ( ) A variação da energia cinética do ônibus é nula. ) A energia mecânica do sistema ônibus-Terra se conserva, pois a velocidade do ônibus é constante. ) A energia total do sistema ônibus-Terra se conserva, embora parte da energia mecânica se transforme em energia interna. A sequência correta é 18. (Uel 2013) Considere a figura a seguir. Despreze qualquer tipo de atrito. a) O móvel de massa M = 1200 kg é uniformemente acelerado (com aceleração a) a partir do repouso em t = 0 segundos, atingindo B, em t = 10 segundos, com a velocidade de 108 km/h. Calcule a força resultante que atua no móvel de A até B. b) No ponto B, a aceleração a do móvel deixa de existir. Calcule a distância BC percorrida pelo móvel, sabendo-se que ele alcança C no instante t = 15 segundos. Considerando g = 10 m s2 , determine a energia mecânica total do móvel em C. 19. (Uepb 2013) Uma família decide ir, no final de semana, ao Beach Park, que está localizado no Município de Aquiraz, na praia do Porto das Dunas, no Ceará, a 16 km de Fortaleza. Uma das atrações para o público é o Toboágua Insano, com 40 metros de altura, que tem a dimensão vertical de um prédio de 14 andares. www.soexatas.com Em função da sua altura e inclinação, o toboágua proporciona uma descida extremamente rápida. Por essas características, o Insano é considerado o mais radical dos equipamentos do gênero no planeta. Numa manhã de domingo, um jovem, membro da família que foi visitar o parque, desce, a partir do repouso, o toboágua, com altura de 40 metros de altura, e mergulha numa piscina instalada em sua base. Supondo que o atrito ao longo do percurso dissipe 28% da energia mecânica e 2 considerando a aceleração da gravidade, g = 10 m/s , a velocidade do jovem na base do toboágua, em m/s, é a) 28,2 b) 26,4 c) 20,2 d) 24,0 e) 32,2 20. (Pucrj 2012) Um ciclista tentando bater um recorde de velocidade em uma bicicleta desce, a partir do repouso, a distância de 1440 m em uma montanha cuja inclinação é de 30°. Calcule a velocidade atingida pelo ciclista ao chegar à base da montanha. Dados: Não há atrito e g = 10 m/s a) 84 m/s b) 120 m/s c) 144 m/s d) 157 m/s e) 169 m/s 2 21. (Uel 2012) Um bloco de alumínio de massa 1 kg desce uma rampa sem atrito, de A até B, a partir do repouso, e entra numa camada de asfalto (de B até C) cujo coeficiente de atrito cinético é µc = 1,3 , como apresentado na figura a seguir. O bloco atinge o repouso em C. Ao longo do percurso BC, a temperatura do bloco de alumínio se eleva até 33 ºC. Sabendo-se que a temperatura ambiente é de 32 ºC e que o processo de aumento de temperatura do bloco de alumínio ocorreu tão rápido que pode ser considerado como adiabático, qual é a variação da energia interna do bloco de alumínio quando este alcança o ponto C? Apresente os cálculos. Dado: c aℓ = 0,22 cal/g ºC 22. (Upf 2012) Uma caixa de 5 kg é lançada do ponto C com 2 m/s sobre um plano inclinado, como na figura. Considerando que 30% da energia mecânica inicial é Página 4 dissipada na descida por causa do atrito, pode-se afirmar que a velocidade com que a caixa atinge o ponto D é, em m/s, de: 2 (considere g = 10 m/s ) a) 4 b) 5 c) 6 d) 7 e) 8,4 23. (G1 - cftmg 2012) Um carrinho é lançado sobre os trilhos de uma montanha russa, no ponto A, com uma → velocidade inicial V0 , conforme mostra a figura. As alturas h1, h2 e h3 valem, respectivamente, 16,2 m, 3,4 m e 9,8 m. Para o carrinho atingir o ponto C, desprezando o atrito, o menor valor de V0, em m/s, deverá ser igual a a) 10. b) 14. c) 18. d) 20. e) 9,0 cm. 25. (Ufrn 2012) Em um processo de demolição de um prédio, foi utilizado um guindaste como o mostrado na figura. Nesse guindaste há um pêndulo formado por um cabo de aço de comprimento, L, e por uma esfera de ferro (esfera de demolição) de massa, M. Para realizar a demolição, a esfera é puxada pelo guindaste até a posição mostrada na figura e, logo após, é solta, indo, assim, de encontro ao prédio a ser demolido. Considerando a aceleração da gravidade, g; o comprimento do arco, S, formado pelo movimento da esfera; a diferença de altura, h, entre a posição inicial e sua posição no momento da colisão; a altura, H, da esfera em relação ao solo na posição inicial; e o comprimento do cabo, L, conforme mostrados na figura, pode-se concluir que a energia máxima disponível em uma colisão é: a) MgS. b) MgH. c) MgL. d) Mgh. 26. (Espcex (Aman) 2012) Um corpo de massa 4 kg está em queda livre no campo gravitacional da Terra e não há nenhuma força dissipativa atuando. Em determinado ponto, ele possui uma energia potencial, em relação ao solo, de 9 J, e sua energia cinética vale 9 J. A velocidade do corpo, ao atingir o solo, é de: a) 5 m s b) 4 m s 24. (G1 - ifsc 2012) A ilustração abaixo representa um bloco de 2 kg de massa, que é comprimido contra uma mola de constante elástica K = 200 N/m. Desprezando qualquer tipo de atrito, é CORRETO afirmar que, para que o bloco atinja o ponto B com uma velocidade de 1,0 m/s, é necessário comprimir a mola em: c) 3 m s d) 2 m s e) 1m s 27. (Ufsm 2012) Um estudante de Educação Física com massa de 75 kg se diverte numa rampa de skate de altura igual a 5 m. Nos trechos A, B e C, indicados na figura, os módulos das velocidades do estudante são vA , vB e vC, constantes, num referencial fixo na rampa. Considere g = 10 2 m/s e ignore o atrito. a) 0,90 cm. b) 90,0 cm. c) 0,81 m. d) 81,0 cm. www.soexatas.com Página 5 São feitas, então, as seguintes afirmações: I. vB = vA + 10 m/s. II. Se a massa do estudante fosse 100 kg, o aumento no módulo de velocidade vB seria 4/3 maior. III. vC = vA. Está(ão) correta(s) a) apenas I. b) apenas II. c) apenas III. d) apenas I e II. e) apenas I e III. 28. (Uftm 2012) Analise a figura que apresenta a distribuição de incidência de radiação solar no Brasil em 2 Wh/m . 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. 30. (Uerj 2012) Em uma partida de tênis, após um saque, a bola, de massa aproximadamente igual a 0,06 kg, pode atingir o solo com uma velocidade de 60 m/s. Admitindo que a bola esteja em repouso no momento em que a raquete colide contra ela, determine, no SI, as variações de sua quantidade de movimento e de sua energia cinética. 31. (G1 - ifsp 2012) Para transportar algumas caixas de massas 30 kg a um nível mais alto, elas são colocadas na posição A sobre uma superfície inclinada, recebem impulso inicial e sobem livres de qualquer tipo de resistência, até atingir a posição B. Uma dessas caixas não recebeu o impulso necessário e parou 1,6 m antes da posição pretendida. 2 Considere que, num período de 10 horas, a energia solar coletada em um metro quadrado na região do Triângulo Mineiro seja igual ao limite inferior do intervalo indicado na figura. Ao erguer nesse local uma carga de 2 000 kg, utilizando essa quantidade de energia solar coletada, poderíamos elevá-la a uma altura máxima, em metros, de a) 10 000. b) 10 260. c) 11 550. d) 12 250. e) 15 000. 29. (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. www.soexatas.com Adotando g = 10 m/s , sen 30° = 0,50 e cos 30° = 0,87, com relação à energia mínima que faltou ser fornecida em A para que a caixa chegasse ao ponto B, ela a) pode ser calculada, e vale 240 J. b) pode ser calculada, e vale 480 J. c) não pode ser calculada, pois não se conhece a velocidade inicial da caixa em A. d) não pode ser calculada, pois não se conhece a distância entre A e B. e) não pode ser calculada, pois não se conhece o desnível vertical entre o plano horizontal que contém A e o que contém B. 32. (Fatec 2002) Um bloco de massa 0,60kg é abandonado, a partir do repouso, no ponto A de uma pista no plano vertical. O ponto A está a 2,0m de altura da base da pista, onde está fixa uma mola de constante elástica 150N/m. São 2 desprezíveis os efeitos do atrito e adota-se g = 10m/s . Página 6 A máxima compressão da mola vale, em metros, a) 0,80 b) 0,40 c) 0,20 d) 0,10 e) 0,05 33. (Ufpe 2002) Uma massa m está presa na extremidade de uma mola de massa desprezível e constante elástica conhecida. A massa oscila em torno da sua posição de equilíbrio x = 0, com amplitude A, sobre uma superfície horizontal sem atrito. Qual dos gráficos a seguir representa melhor a energia cinética Ec, em função da posição x da massa? transforma em energia_______, comprovando a________ da energia." a) potencial - cinética - dissipação b) térmica - potencial elástica - dissipação c) potencial gravitacional - cinética - conservação d) cinética - potencial gravitacional - conservação e) potencial elástica - potencial gravitacional - conservação Parte II: como cai na UFJF 1. (Ufjf 2010) As figuras I e II mostram dois casos de lançamento de uma mesma bola de massa m. Em ambas as situações, a bola se encontra próximo à superfície da Terra. Na figura I, a bola é lançada com vetor velocidade inicial υ sobre um plano inclinado, sem atrito. Este faz um ângulo θ em relação à direção horizontal. Na figura II, a bola é lançada com o mesmo vetor velocidade inicial υ , na mesma direção que a indicada na figura I. Desprezando a resistência do ar, para esses lançamentos, é correto afirmar que: 34. (Mackenzie 1999) No instante t1=0, um corpo de pequenas dimensões e massa m é disparado verticalmente para cima a partir do solo, num local onde a aceleração gravitacional é a , atingindo a altura máxima h. Desprezase a resistência do ar. O gráfico que melhor representa a variação da energia potencial gravitacional desse corpo, em relação ao solo, no decorrer do tempo, desde o instante de lançamento até o retorno à posição inicial, no instante t2=t, é: a) as alturas máximas em I e II são as mesmas. b) nas alturas máximas, as energias potenciais em I e II são as mesmas. c) nas alturas máximas, as energias mecânicas em I e II são as mesmas. d) nas alturas máximas, a energia mecânica em I é nula e em II não. e) nas alturas máximas, a energia mecânica em II é nula e em I não. 35. (Mackenzie 1996) Assinale a alternativa que preenche correta e ordenadamente as lacunas do texto a seguir. "Ao efetuar um salto em altura, um atleta transforma energia muscular em energia______; em seguida, esta se www.soexatas.com 2. (Ufjf 2002) A figura 1a a seguir representa uma certa quantidade de água em equilíbrio, hermeticamente vedada num cilindro com um pistão. Pendura-se uma massa -5 m=π×10 kg no pistão de modo que este começa a descer, enquanto uma bolha de forma esférica é formada no interior da água. Este fenômeno é conhecido como 4 -3 ×10 m e a 3 cavitação. O pistão desce uma distância h= Página 7 -3 bolha atinge um raio R=10 m, conforme ilustrado na figura 1b, estabelecendo-se nova condição de equilíbrio. Despreze a massa do pistão e considere a água incompressível. a) Calcule o módulo da variação da energia potencial gravitacional da massa m, entre as situações representadas nas figuras 1a e 1b. b) A energia necessária para formar a bolha é dada pela expressão: 4π 3 R P 3 2 ∆E = 4πR α + 2 em que α = 0,1 J/m é a chamada tensão superficial da água e P é a pressão exercida pela água sobre a bolha. Supondo que toda a variação da energia potencial de m seja usada na formação da bolha, calcule P. c) Com base no sinal algébrico da pressão obtida no item anterior, explique como a bolha pode se formar. www.soexatas.com Página 8