FísicaWild on. Energia Mecânica. Em = Ec + Ep. Energia Cinética. Energia Potencial

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1 CIÊNCIAS DA NATUREZA E SUAS TECNOLOGIAS FÍSICA WILDSON W DE ARAGÃO wildsondearagao@hotmail Energia Mecânica O conceito de Energia é amplamente discutido na Física. Desde a Energia Mecânica, no início do ensino médio, passando pela Energia Térmica e, finalmente pelo conceito de Energia Elétrica, no ultimo ano escolar. Tais conceitos mostram-se muito importantes por sua aplicabilidade em nosso dia a dia e até por ajudarem no desenvolvimento tecnológico mundial. A Energia Mecânica de um sistema físico está associada a seu movimento e é obtida calculando-se suas Energias Cinética (Ec) e Potencial (Ep). Energia Cinética Em = Ec + Ep Qualquer corpo com velocidade tem Energia Cinética. Você caminhando na rua possui Energia Cinética. Essa energia é dada por: Ec = 1 2. m v² onde m é a massa do móvel, em kg e v é sua velocidade, em m/s. Energia Potencial Figura 1: (Mundo Educação) Esse tipo de energia recebe esse nome porque é latente, ou seja, pode ser armazenada no sistema e dissipada posteriormente. Como assim? Vou explicar. Imagine agora o lançamento de um avião de papel. Ele sobe, realiza um pequeno voo a determinada altura e depois desce. Na subida, o avião ganha energia potencial que armazena durante o voo e perde na descida. Outro exemplo bacana são as hidroelétricas. Nessas usinas, a água armazenada na represa também armazena energia potencial que é transformada em outro tipo de energia quando atravessa as turbinas da usina. A Energia Mecânica Potencial pode ser: Gravitacional ou Elástica. Veja: Figura 2: Itaipu Binacional

2 Energia Potencial Gravitacional (Epg) Esse tipo de energia está associada à altura (h) em que o corpo se encontra. É a energia armazenada no exemplo do avião de papel que citamos acima. Epg = m. g. h Onde m é a massa do corpo (em kg) e g é a aceleração da gravidade local (em m/s²). Energia Potencial Elástica (Epe) Sistemas deformáveis possuem energia potencial elástica, que tende a restituí-lo (coloca-lo na posição inicial) após uma deformação. É o caso da mola. Ao estica-la existe uma Força que tenta comprimi-la para que volte a posição original. A força gera uma Energia Potencial Elástica na mola: Epe = 1 2 k x² em que K é a constante elástica da mola (em N/m) e x representa a deformação da mola ( em m). Figura 3: (fisikanarede.blogspot) Unidade: No Sistema Internacional de Unidades (SI), para Energia utiliza-se o joule (J). Sistemas Conservativos: Transformação de Energia O sistema físico pode conservar energia mecânica. Em outras palavras, transformar um tipo de energia totalmente em outro. O sistema conservativo é uma idealização. Fara facilitar a análise. Veja o exemplo do skatista: Para esse exemplo, a energia potencial gravitacional se transforma em energia cinética, e vice versa. Se o sistema for conservativo, podemos dizer que: Epg = Ec m. g. h = 1. m. v2 2 Figura 4: problema do skatista g. h = 1 2. v2

3 Nesse tipo de exemplo, as questões geralmente pedem a velocidade máxima (v) na base da rampa ou então a altura máxima (h) atingida pelo skatista. Ouro exemplo de sistema onde as energia mecânicas se transformam é mostrado a seguir. É o caso de transformação de Energia Cinética em Energia Potencial Elástica, e vice versa. O bloco A, ao se soltar da mola, transforma a energia potencial elástica acumulada em energia cinética. Epe = Ec 1 2. K. x2 = 1 2. m. v2 K. x 2 = m. v 2 Agora que você já conhece as formas de energia mecânica e suas transformações, vamos para os exercícios. Exercícios QUESTÃO 1 (UFMG) Um esquiador de massa m = 70 kg parte do repouso no ponto P e desce pela rampa mostrada na figura. Suponha que as perdas de energia por atrito são desprezíveis e considere g = 10 m/s². A energia cinética e a velocidade do esquiador quando ele passa pelo ponto Q, que está 5,0 m abaixo do ponto P, são respectivamente. a) 50 J e 15 m/s. b) 350 J e 5,0 m/s. c) 700 J e 10 m/s. d) 3,5 10³ J e 10 m/s. e) 3,5 10³ J e 20 m/s. QUESTÃO 2 (UEL) Uma mola, submetida à ação de uma força de intensidade 10 N, está deformada de 2,0 cm. O módulo do trabalho realizado pela força elástica na deformação de 0 a 2,0 cm foi, em joules, de

4 a) 0,1 b) 0,2 c) 0,5 d) 1,0 e) 2,0 QUESTÃO 3 ENEM MEC No processo de obtenção de eletricidade, ocorrem várias transformações de energia. Considere duas delas: I. Cinética em elétrica II. Potencial gravitacional em cinética Analisando o esquema, é possível identificar que elas se encontram, respectivamente, entre: a) I - a água no nível h e a turbina, II - o gerador e a torre de distribuição. b) I - a água no nível h e a turbina, II - a turbina e o gerador. c) I - a turbina e o gerador, II - a turbina e o gerador. d) I - a turbina e o gerador, II - a água no nível h e a turbina. e) I - o gerador e a torre de distribuição, II - a água no nível h e a turbina. QUESTÃO 4 ENEM MEC 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. Abaixo está representado um esquema básico de uma usina de energia nuclear. A partir do esquema são feitas as seguintes afirmações: I. A energia liberada na reação é usada para ferver a água que, como vapor a 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. Dentre as afirmações acima, somente está(ão) correta(s): a) I. b) II. c) III. d) I e II. e) II e III. QUESTÃO 5 ENEM MEC Mochila geradora de energia

5 - 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-e-vem do compartimento de peso faz girar um motor conectado ao gerador de eletricidade. Com o projeto de mochila ilustrado na figura, 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. QUESTÃO 6 ENEM MEC Observe a situação descrita na tirinha abaixo. Assim que o menino lança a flecha, há transformação de um tipo de energia em outra. A transformação, nesse caso, é de energia: 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. QUESTÃO 7 ENEM MEC Na figura a seguir está esquematizado um tipo de usina utilizada na geração de eletricidade. Analisando o esquema, é possível identificar que se trata de uma usina:

6 a) hidrelétrica, porque a água corrente baixa a temperatura da turbina. b) hidrelétrica, porque a usina faz uso da energia cinética da água. c) termoelétrica, porque no movimento das turbinas ocorre aquecimento. d) eólica, porque a turbina é movida pelo movimento da água. e) nuclear, porque a energia é obtida do núcleo das moléculas de água. QUESTÃO 8 - ENEM MEC Uma das modalidades presentes nas olimpíadas é o salto com vara. As etapas de um dos saltos de um atleta estão representadas na figura: 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 gravitacional, 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. QUESTÃO 9 No salto com vara, um atleta corre segurando uma vara e, com perícia e treino, consegue projetar seu corpo por cima de uma barra. Para uma estimativa da altura alcançada nesses saltos, é possível considerar que a vara sirva apenas para converter o movimento horizontal do atleta (corrida) em movimento vertical, sem perdas ou acréscimos de energia. Na análise de um desses saltos, foi obtida a sequência de imagens reproduzida acima. Nesse caso, é possível estimar que a velocidade máxima atingida pelo atleta, antes do salto, foi de, aproximadamente:

7 *Desconsidere os efeitos do trabalho muscular após o início do salto e considere g=10m/s 2. a) 4 m/s b) 6 m/s c) 7 m/s d) 8 m/s e) 9 m/s QUESTÃO 10 Atualmente, há uma busca incessante por alternativas de energias renováveis e, dentre elas, pode-se citar a energia hidroelétrica. Esse sistema de energia renovável é amplamente utilizado no Brasil devido às condições geográficas favoráveis, mas causa impactos ambientais. Além do alagamento de grandes áreas, cria dificuldades para a migração de certos peixes. Com relação às usinas hidroelétricas são feitas as seguintes afirmações: I. As turbinas apresentam energia cinética. II. Os geradores convertem energia potencial em energia elétrica. III. Necessitam de relevo adequado para que a água armazenada na represa tenha energia potencial gravitacional. As afirmações corretas são: a) apenas I. b) apenas II. c) apenas I e II. d) apenas I e III. QUESTÃO 11 - (UFRRJ) Um goleiro chuta uma bola que descreve um arco de parábola, como mostra a figura a seguir. No ponto em que a bola atinge a altura máxima, pode-se afirmar que: a) a energia potencial é máxima. b) a energia mecânica é nula. c) a energia cinética é nula. d) a energia cinética é máxima. e) nada se pode afirmar sobre as energias, pois não conhecemos a massa da bola. QUESTÃO 12 - (Fatec SP) 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 desprezíveis os efeitos do atrito e adota-se g = 10m/s2. A máxima compressão da mola vale, em metros,

8 a) 0,80 b) 0,40 c) 0,20 d) 0,10 e) 0,05 Gabarito d d d d a c b c d d a b