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CIÊNCIAS DA NATUREZA E SUAS TECNOLOGIAS FÍSICA – WILDSON W DE ARAGÃO

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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).

Em = Ec + Ep

Energia Cinética

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

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 1: (Mundo Educação)

Figura 2: Itaipu Binacional

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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).

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

2 . 𝑚 . 𝑣2

𝒈 . 𝒉 = 𝟏

𝟐 . 𝒗𝟐

Figura 3: (fisikanarede.blogspot.com)

Figura 4: problema do skatista

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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 . 𝐱𝟐 = 𝐦 . 𝐯𝟐

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

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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.


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.


Mochila geradora de energia

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- 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.


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.


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:

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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:

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*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,

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a) 0,80

b) 0,40

c) 0,20

d) 0,10

e) 0,05

Gabarito 1 2 3 4 5 6

d d d d a c 7 8 9 10 11 12 b c d d a b

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