Exercícios de vestibulares com resolução comentada sobre Tipos de Energia
Exercícios de vestibulares com resolução comentada sobre
Tipos de Energia
01-(UNESP-SP) Um veículo de massa 800kg está rodando à velocidade de 36 km/h numa estrada reta e horizontal, quando o motorista aciona o freio. Supondo que a velocidade do veículo se reduz uniformemente à razão de 4 m/s em cada segundo a partir do momento em que o freio foi acionado, determine
a) o tempo decorrido entre o instante do acionamento do freio e o instante em que o veículo pára.
b) a distância percorrida pelo veículo nesse intervalo de tempo.
c) o trabalho realizado pela força (
) aplicada pelo freio nesse deslocamento
02-(PUC-PR) Um carrinho de brinquedo, de massa 2 kg, é empurrado ao longo de uma trajetória retilínea e horizontal por uma força variável, cuja direção é paralela à trajetória do carrinho. O gráfico adiante mostra a variação do módulo da força aplicada, em função do deslocamento do carrinho.
Sabendo que o carrinho partiu do repouso, calcule sua velocidade quando seu deslocamento for igual a 10m
03-(Ufpe) Um objeto com massa 1,0 kg, lançado sobre uma superfície plana com velocidade inicial de 8,0 m/s, se move em linha reta, até parar. O trabalho total realizado pela força de atrito sobre o objeto é, em J:
04-(UERJ-RJ) Suponha que o coração, em regime de baixa atividade física, consiga bombear 200 g de sangue, fazendo com que essa massa de sangue adquira uma velocidade de 0,3 m/s e que, com o aumento da atividade física, a mesma quantidade de sangue atinja uma velocidade de 0,6 m/s.
O trabalho realizado pelo coração, decorrente desse aumento de atividade física, em joules, corresponde ao produto de 2,7 por:
05-(Ufpe) Um objeto é abandonado a partir do repouso, em t = 0, no topo de um plano inclinado. Desprezando o atrito, qual dos gráficos a seguir melhor representa a variação da energia cinética do objeto em função do tempo?
06-(UNESP-SP) Deslocando-se por uma rodovia a 108km/h (30m/s), um motorista chega à praça de pedágio e passa a frear o carro a uma taxa constante, percorrendo 150m em trajetória retilínea, até a parada do veículo. Considerando a massa total do veículo como sendo 1.000kg, o módulo do trabalho realizado pelas forças de atrito que agem sobre o carro, em joules, é:
a) 30.000
b) 150.000
c) 450.000
d) 1.500.000
e) 4.500.000
07-(Ufla-MG) O kevlar é uma fibra constituída de uma longa cadeia molecular de poly-paraphenylene teraphthalamide, que associa leveza, flexibilidade e, principalmente, alta resistência à ruptura. Entre as inúmeras aplicações dessa fibra, está a confecção de coletes à prova de balas.
Considere um projétil de massa 50g com velocidade de 200m/s que se choca com essa fibra e penetra 0,5cm. Pode-se afirmar que o kevlar apresentou uma força de resistência média de:
08-(UNESP-SP) Um esquiador, com todos seus apetrechos, tem massa de 80kg e chega ao final de uma encosta, deslizando na neve, com velocidade de 108km/h. Suponha-se que ele consiga parar exclusivamente com o auxílio da própria neve, colocando os
esquis em oposição ao movimento. Nesse caso, o módulo do trabalho realizado pela neve sobre o esquiador, em joules, é de:
09-(UNESP-SP) Um projétil de 20 gramas, com velocidade de 240m/s, atinge o tronco de uma árvore e nele penetra uma certa distância até parar.
a) Determine a energia cinética E, do projétil, antes de colidir com o tronco e o trabalho realizado sobre o projétil na sua trajetória no interior do tronco, até parar.
b) Sabendo que o projétil penetrou 18cm no tronco da árvore, determine o valor médio Fmda força de resistência que o tronco ofereceu à penetração do projétil.
10-(Ufg) O bloco A da figura desliza sobre uma superfície horizontal sem atrito puxado pelo bloco B. O fio e a polia são ideais.
O gráfico que representa qualitativamente a energia cinética do sistema em função do tempo a partir do instante em que o bloco A atinge o ponto P é
Energia potencial gravitacional
11- (UFV-MG) Uma pessoa pode subir do nível A para o nível B por três caminhos: uma rampa, uma corda e uma escada.
Ao mudar de nível, a variação da energia potencial da pessoa é :
a) a mesma, pelos três caminhos.
b) menor, pela rampa.
c) maior, pela escada.
d) maior pela corda.
e) maior pela rampa
12- (UFB) Uma pessoa de massa 70kg sobe um lance de escada de 5 degraus, cada um com 30cm de altura. Determine, considerando g=10m/s2:
a) A energia potencial gravitacional adquirida pela pessoa em relação ao pavimento.
b) O trabalho realizado pelo peso da pessoa neste deslocamento.
c) Se a pessoa tivesse subido pela trajetória da direita, o trabalho da força peso da pessoa seria diferente? Justifique.
13-(Ufrj-RJ) Dois jovens, cada um com 50 kg de massa, sobem quatro andares de um edifício. A primeira jovem, Heloísa, sobe de elevador, enquanto o segundo, Abelardo, vai pela escada, que tem dois lances por andar, cada um com 2,0 m de altura.
a) Denotando por W(A) o trabalho realizado pelo peso de Abelardo e por W(H) o trabalho realizado pelo peso de Heloísa, determine a razão W(A) / W(H).
b) Supondo que são nulas suas velocidades inicial e final, calcule a variação de energia mecânica de cada jovem ao realizar o deslocamento indicado.
14-(Uepg) A respeito de energia, assinale o que for correto.
(01) Energia potencial é aquela que se encontra armazenada num determinado sistema e pode ser utilizada a qualquer momento para realizar trabalho.
(02) No sistema conservativo, o decréscimo da energia potencial é compensado por um acréscimo da energia cinética.
(04) A energia está relacionada com a capacidade de produzir movimento.
(08) A energia pode ser transformada ou transferida, mas nunca criada ou destruída.
15-(UFSCAR-SP) Quino, criador da personagem Mafalda, é também conhecido por seus quadrinhos repletos de humor chocante. Aqui, o executivo do alto escalão está prestes a cair em uma armadilha fatal.
Considere que:
– o centro de massa do tubo suspenso, relativamente à parte inferior do tubo, está localizado a uma distância igual à altura da cartola do executivo;
– a distância do centro de massa do tubo até o topo da cartola é 3,2 m;
– a vertical que passa pelo centro de massa do tubo passa também pela cabeça do executivo;
– o tubo tem massa de 450 kg e, durante uma queda, não sofreria ação significativa da resistência do ar, descendo com aceleração de 10 m/s2;
– comparativamente à massa do tubo, a corda tem massa que se pode considerar desprezível.
Para preparar a armadilha, o tubo foi içado a 5,5 m do chão pela própria corda que posteriormente o sustentou. Determine o trabalho, em J, realizado pela força peso na ascensão do tubo.
16-(UNESP-SP) A relação entre calor e outras formas de energia foi objeto de intensos estudos durante a Revolução Industrial, e uma experiência realizada por James P. Joule foi imortalizada. Com ela, ficou demonstrado que o trabalho mecânico e o calor são duas formas diferentes de energia e que o trabalho mecânico poderia ser convertido em energia térmica. A figura apresenta uma versão atualizada da máquina de Joule. Um corpo de massa 2 kg é suspenso por um fio cuidadosamente enrolado em um carretel, ligado ao eixo de um gerador.
O gerador converte a energia mecânica do corpo em elétrica e alimenta um resistor imerso em um recipiente com água. Suponha que, até que o corpo chegue ao solo, depois de abandonado a partir do repouso, sejam transferidos para a água 24 J de energia térmica. Sabendo que esse valor corresponde a 80% da energia mecânica, de qual altura em relação ao solo o corpo foi abandonado? Adote g = 10 m/s2.
17-(PUC-MG) Uma pessoa de massa 80kg sobe todo o vão de uma escada de de 5m de altura. Considere g=10m/s2 e assinale a afirmativa CORRETA
a) Ao subir todo o vão da escada, a pessoa realiza um trabalho de 1600J.
b) Para que houvesse realização de trabalho pela pessoa, seria necessário que ela subisse com movimento acelerado.
c) O trabalho realizado pela pessoa depende da aceleração da gravidade.
d) Ao subir a escada, não há realização de trabalho, independentemente de o movimento ser uniforme ou acelerado.
18-(UNICAMP-SP) Como é mencionado no texto 6 da coletânea apresentada, a disponibilidade de água é essencial para a agricultura. Um projeto do governo brasileiro, que pretende aumentar a irrigação na região Nordeste, planeja a transposição das águas do Rio São Francisco.
O projeto é dividido em duas partes: Eixo Norte e Eixo Leste. Em seu Eixo Norte, serão bombeados cerca de 50m3/s de água do rio até uma altura de 160m, para posterior utilização pelas populações locais. Considere g = 10m/s2 e a densidade da água igual a 1,0g/cm3
a) Qual será a massa de água bombeada em cada segundo no Eixo Norte?
b) Qual será o aumento de energia potencial gravitacional dessa massa?
c) Conhecendo a quantidade de água bombeada em cada segundo e o correspondente aumento da energia potencial gravitacional, o engenheiro pode determinar a potência do sistema de bombeamento, que é um dado crucial do projeto dos Eixos. No Eixo Leste, planeja-se gastar cerca de 4,2 .109 J em um minuto de bombeamento da água. Determine a potência do sistema do Eixo Leste.
Energia potencial elástica
19-(Uerj-RJ) Uma mola, que apresenta uma determinada constante elástica, está fixada verticalmente por uma de suas extremidades, conforme figura 1.
Ao acloparmos a extremidade livre a um corpo de massa M, o comprimento da mola foi acrescido de um valor X, e ela passou a armazenar uma energia elástica E, conforme figura 2.
Em função de X2, o gráfico que melhor representa E está indicado em:
20- (UNICAMP-SP) Num conjunto arco e flecha, a energia potencial elástica é transformada em energia cinética da flecha durante o lançamento. A força da corda sobre a flecha é proporcional ao deslocamento x, como ilustrado na figura.
Quando a corda é solta, o deslocamento é x = 0,6 m e a força é de 300 N. Qual a energia potencial elástica nesse instante?
21-(UNESP-SP) Uma mola de constante elástica igual a 10N/m é esticada desde sua posição de equilíbrio até uma posição em que seu comprimento aumentou 20cm. A energia potencial da mola esticada é:
22-(UNIFESP-SP) Numa mola atua uma força elástica do tipo F=K.x, em que K=150,0N/m e x é a deformação que ela provoca. O comprimento da mola passa então de 2,500cm para 2,000cm. Por efeito dessa deformação, o aumento de energia potencial, em joules, acumulada na mola é,
23-(UNESP-SP) Um praticante de esporte radical, amarrado a uma corda elástica, cai de uma plataforma, a partir do repouso, seguindo uma trajetória vertical. A outra extremidade da corda está presa na plataforma.
A figura mostra dois gráficos que foram traçados desprezando-se o atrito do ar em toda a trajetória. O primeiro é o da energia potencial gravitacional, Ugravitacional, do praticante em função da distância y entre ele e a plataforma, onde o potencial zero foi escolhido em y=30m. Nessa posição, o praticante atinge o maior afastamento da plataforma, quando sua velocidade se reduz, momentaneamente, a zero. O segundo é o gráfico da energia armazenada na corda, Uelástica, em função da distância entre suas extremidades.
Determine:
a) o peso P do praticante e o comprimento Lo da corda.
b) a constante elástica K da corda
24-(UEPG-PR) No que respeita à energia e suas transformações, assinale o que for correto.
01) O trabalho não é uma forma de energia, mas uma maneira de transferir energia de um lugar para outro, ou de transformar uma forma de energia em outra.
02) A energia cinética de um corpo a 80 km/h é 16 vezes maior que a do mesmo corpo a 20 km/h.
04) A energia potencial gravitacional de um corpo depende da posição em relação a um ponto de referência.
08) A quantidade de energia utilizável diminui a cada transformação sofrida até que dela nada reste.
16) A energia cinética de um sistema é energia em trânsito ou em transformação.
25-(UFMS-MS) Uma semente de massa m cai do galho de uma árvore, de uma altura h do chão e, devido à forma da semente que possui uma pequena asa, o ar produz um efeito pelo qual, logo após a queda, a semente cai verticalmente com velocidade de translação constante e, ao mesmo tempo, girando com uma velocidade angular W constante em torno de um eixo vertical que passa pelo seu centro de massa. Com fundamentos na mecânica, assinale a(s) proposição(ões) correta(s).
01) O trabalho realizado pelo campo gravitacional sobre a semente, desde a altura h até o chão, é maior que mgh porque a semente cai girando com energia de rotação.
02) O módulo da força que o ar exerce na semente é igual ao módulo da força peso da semente.
04) Enquanto a semente está caindo, a energia cinética de translação e a energia cinética de rotação permanecem constantes.
08) Enquanto a semente está caindo, o torque realizado pela força peso da semente é nulo.
16) A energia mecânica da semente permanece constante.
26-(UFG-GO) Uma das competições dos X-games são as manobras dos esqueitistas em uma rampa em U. Um atleta parte do repouso do topo da rampa e através do movimento do seu corpo, de peso 800 N, consegue ganhar 600 J a cada ida e vinda na rampa, conforme ilustração a seguir.
Desprezando as perdas de energia e o peso do skate, o número mínimo de idas e vindas que o atleta deve realizar para atingir uma altura (h) de 3 m acima do topo da rampa é:
a) 2
b) 3
c) 4
d) 6
e) 8
27-(UERJ-RJ) Durante a Segunda Guerra Mundial, era comum o ataque com bombardeiros a alvos inimigos por meio de uma técnica denominada mergulho, cujo esquema pode ser observado a seguir.
O mergulho do avião iniciava-se a 5 000 m de altura, e a bomba era lançada sobre o alvo de uma altura de 500 m.
Considere a energia gravitacional do avião em relação ao solo, no ponto inicial do ataque, igual a E1e, no ponto de onde a bomba é lançada, igual a E2. Calcule E1/E2.
28-(UNICAMP-SP) Em 1948 Casimir propôs que, quando duas placas metálicas, no vácuo, são colocadas muito próximas,
surge uma força atrativa entre elas, de natureza eletromagnética, mesmo que as placas estejam descarregadas. Essa força é muitas vezes relevante no desenvolvimento de mecanismos nanométricos.
a) A força de Casimir é inversamente proporcional à quarta potência da distância entre as placas. Essa força pode ser medida utilizando-se microscopia de força atômica através da deflexão de uma alavanca, como mostra a figura a seguir.
A força de deflexão da alavanca se comporta como a força elástica de uma mola. No experimento ilustrado na figura, o equilíbrio entre a força elástica e a força atrativa de Casimir ocorre quando a alavanca sofre uma deflexão de Δx = 6,4 nm. Determine a constante elástica da alavanca, sabendo que neste caso o módulo da força de Casimir é dado por Fc=b/d4, em que b = 9,6×10-39 N.m4 e d é a distância entre as placas. Despreze o peso da placa.
b) Um dos limites da medida da deflexão da alavanca decorre de sua vibração natural em razão da energia térmica fornecida pelo ambiente. Essa energia é dada por ET = kBT , em que kB =1, 4×10-23J/K e T é a temperatura do ambiente na escala Kelvin. Considerando que toda a energia ET é convertida em energia elástica, determine a deflexão Δx produzida na alavanca a T = 300 K se a constante elástica vale kB = 0, 21 N/m.
29-(UFAL-AL) A figura mostra um bloco de peso 10 N em equilíbrio contraindo uma mola ideal de constante elástica 100 N/m. Não existe atrito entre o bloco e o plano inclinado e sabe-se que senθ= 0,8 e cosθ= 0,6. Considere que a energia potencial elástica é nula quando a mola não está nem contraída nem distendida, e que a energia potencial gravitacional é nula no nível do ponto P, situado a uma altura de 10 cm acima do centro de massa do bloco.
Nesse contexto, pode-se afirmar que a soma das energias potenciais elástica da mola e gravitacional do bloco na situação da figura vale:
a) −0,68 J
b) −0,32 J
c) zero
d) 0,32 J
e) 0,68 J
30-(UDESC-SC) Três homens, João, Pedro e Paulo, correm com velocidades horizontais constantes de 1,0 m/s, 1,0 m/s e 2,0 m/s respectivamente (em relação a O, conforme mostra a figura).
A massa de João é 50 Kg, a de Pedro é 50 kg e a de Paulo é 60 Kg.
As energias cinéticas de Pedro e Paulo em relação a um referencial localizado em João são:
a) 0 J e 30 J
b) 25 J e 120 J
c) 0 J e 0 J
d) 100 J e 270 J
e) 100 J e 120 J
31-(UNICAMP-SP) Em determinados meses do ano observa-se significativo aumento do número de estrelas cadentes em certas regiões do céu, número que chega a ser da ordem de uma centena de estrelas cadentes por hora. Esse fenômeno é chamado de chuva de meteoros ou chuva de estrelas cadentes, e as mais importantes são as chuvas de Perseidas e de Leônidas. Isso ocorre
quando a Terra cruza a órbita de algum cometa que deixou uma nuvem de partículas no seu caminho. Na sua maioria, essas partículas são pequenas como grãos de poeira, e, ao penetrarem na atmosfera da Terra, são aquecidas pelo atrito com o ar e produzem os rastros de luz observados.
a) Uma partícula entra na atmosfera terrestre e é completamente freada pela força de atrito com o ar após se deslocar por uma distância de 1,5 km. Se sua energia cinética inicial é igual a Ec = 4,5 ×104J , qual é o módulo da força de atrito média? Despreze o trabalho do peso nesse deslocamento.
b) Considere que uma partícula de massa m = 0,1 g sofre um aumento de temperatura de Δθ = 2400 oC após entrar na atmosfera. Calcule a quantidade de calor necessária para produzir essa elevação de temperatura se o calor específico do material que compõe a partícula é c = 0,90J/goC.
32-(FUVEST-SP) Um menino puxa, com uma corda, na direção horizontal, um cachorro de brinquedo formado por duas partes, A e B, ligadas entre si por uma mola, como ilustra a figura abaixo. As partes A e B têm, respectivamente, massas mA = 0,5
kg e mB = 1 kg, sendo μc = 0,3 o coeficiente de atrito cinético entre cada parte e o piso. A constante elástica da mola é k = 10 N/m e, na posição relaxada, seu comprimento é xo = 10 cm. O conjunto se move com velocidade constante v = 0,1 m/s. Nessascondições, determine:
a) O módulo T da força exercida pelo menino sobre a parte B.
b) O trabalho W realizado pela força que o menino faz para puxar o brinquedo por 2 minutos.
c) O módulo F da força exercida pela mola sobre a parte A.
d) O comprimento x da mola, com o brinquedo em movimento.
33-(FUVEST-SP) Trens de alta velocidade, chamados trens-bala, deverão estar em funcionamento no
Brasil nos próximos anos. Características típicas desses trens são: velocidade máxima de 300 km/h, massa total (incluindo 500 passageiros) de 500 t e potência máxima dos motores elétricos igual a 8 MW. Nesses trens, as máquinas elétricas que atuam como motores também podem ser usadas como geradores, freando o movimento (freios regenerativos). Nas ferrovias, as curvas têm raio de curvatura de, no mínimo, 5 km. Considerando um trem e uma ferrovia com essas características, determine:
a) O tempo necessário para o trem atingir a velocidade de 288 km/h, a partir do repouso, supondo que os motores forneçam a potência máxima o tempo todo.
b) A força máxima na direção horizontal, entre cada roda e o trilho, numa curva horizontal percorrida a 288 km/h, supondo que o trem tenha 80 rodas e que as forças entre cada uma delas e o trilho tenham a mesma intensidade.
c) A aceleração do trem quando, na velocidade de 288 km/h, as máquinas elétricas são acionadas como geradores de 8 MW de potência, freando o movimento.
34-(UEPB-PB) Um estudante de física que morava numa residência universitária tinha três opções para subir ou descer do térreo para o 1º piso dessa residência: pela escada, pela corda ou por uma rampa , conforme ilustrado na figura:
Após algumas análises, o estudante estabeleceu as seguintes hipóteses:
I – Ao mudar de nível, a minha variação da energia potencial é menor pela rampa, uma vez que não me esforço tanto para subir ou descer.
II – Ao mudar de nível, a minha variação da energia potencial é maior pela escada, uma vez que o esforço é maior.
III – Ao mudar de nível, a minha variação da energia potencial é a mesma pelos três caminhos.
IV – Ao mudar de nível, a minha variação da energia potencial é maior pela corda, uma vez que o esforço é maior.
Das hipóteses apresentadas pelo estudante, é(são) verdadeira(s):
a) II, apenas.
b) I e IV, apenas.
c) III, apenas.
d) I e II, apenas.
e) I, apenas.
35-(UFLA-MG) Dois corpos 1 e 2 estão em movimento uniforme. Considerando que a massa m1do corpo 1 é metade da massa M2 do corpo 2, e que a velocidade v1 do corpo 1 é quatro vezes maior do que a velocidade v2 do corpo 2, é CORRETO afirmar que a energia cinética do corpo 1 é:
(A) quatro vezes maior do que a energia cinética do corpo 2.
(B) metade da energia cinética do corpo 2.
(C) oito vezes maior do que a energia cinética do corpo 2.
(D) o dobro da energia cinética do corpo 2.
36-(UFAL-AL) Um estudante de peso 600 N salta de “bungee jumping” de uma ponte a uma distância
considerável do solo (ver figura).
Inicialmente, a corda elástica atada aos seus tornozelos está totalmente sem tensão (energia potencial elástica nula). O estudante cai, a partir do repouso, uma distância vertical máxima de 40 m, em relação ao seu ponto de partida. Desprezando-se as variações de energia cinética e potencial da corda elástica ideal, bem como as perdas de energia por dissipação, qual a energia potencial elástica armazenada na corda quando o estudante se encontra no ponto mais baixo da sua trajetória?
A) 12000 J
B) 24000 J
C) 120000 J
D) 240000 J
E) 1200000 J
37-(UFG-GO) Em um edifício de M andares moram N pessoas por andar. Cada andar possui altura h.
O elevador do edifício possui um contrapeso e, por isso, quando se move vazio, o consumo de energia pode ser desprezado. Seja m a massa média dos moradores que utilizam o elevador, individualmente, duas vezes por dia. Desprezando-se as perdas por atrito, a energia total
consumida pelo motor do elevador, em um dia, é
(A) (1+M)MNmgh
(B) (1+M)MNmgh/2
(C) 2MNmgh
(D) MNmgh
(E) MNmgh/2
38-(ENEM-MEC)
Um motor só poderá realizar trabalho se receber uma quantidade de energia de outro sistema. No
caso, a energia armazenada no combustível é, em parte, liberada durante a combustão para que o aparelho possa funcionar.
Quando o motor funciona, parte da energia convertida ou transformada na combustão não pode ser utilizada para a realização de trabalho. Isso significa dizer que há vazamento da energia em outra forma.
CARVALHO, A. X. Z. Física Térmica. Belo Horizonte: Pax, 2009 (adaptado).
De acordo com o texto, as transformações de energia que ocorrem durante o funcionamento do motor são decorrentes de a:
a) liberação de calor dentro do motor ser impossível.
b) realização de trabalho pelo motor ser incontrolável.
c) conversão integral de calor em trabalho ser impossível.
d) transformação de energia térmica em cinética ser impossível.
e) utilização de energia potencial do combustível ser incontrolável.