Energia Mecânica

 

Energia Mecânica​​ 

 

Sistemas Conservativos e Sistemas Dissipativos

 

Sistemas conservativos  São aqueles onde não ocorre dissipação de energia e onde a energia cinética ()​​ e a​​ energia potencial ()​​ são​​ variáveis, mas sua soma, que é a energia mecânica​​ ()​​ é constante (é sempre a mesma em cada ponto),​​ desde​​ que o corpo se mova sob ação de​​ forças conservativas (força peso, elástica, elétrica, etc.).

 

Veja​​ com atenção​​ o​​ exemplo​​ abaixo da​​ Conservação da Energia Mecânica

 

Gráficos​​ das energias cinética, potencial gravitacional e mecânica para um corpo​​ de massa m,

quando lançado​​ verticalmente para cima, a​​ partir do ponto de lançamento,​​ tomado​​ como

referencial​​ e desprezando-se as​​ forças resistivas​​ (sistema conservativo),​​ em função do​​ tempo de subida e descida.

Durante​​ todo o movimento,​​ conclui-se que,​​ à diminuição de energia cinética corresponde um aumento de energia potencial gravitacional​​ e vice-versa, mantendo-se​​ constante a totalidade da​​ energia mecânica.

Observe que as representações gráficas das​​ energias cinética​​ e​​ potencial​​ gravitacional

correspondem à​​ duas parábolas invertidas​​ de modo que,​​ em cada ponto,​​ a​​ soma​​ dessas duas energias corresponda​​ à energia mecânica, que é constante. 

Observe também que o tempo de subida é igual ao tempo de descida, pois as forças dissipativas são desprezadas.

É importante lembrar que o trabalho das forças conservativas, como, por exemplo, as​​ forças peso e potencial elástica​​ não dependem da trajetória, mas apenas das​​ posições inicial​​ e​​ final da mesma.

Assim, na​​ figura, o​​ trabalho da força peso​​ da borboleta, que é uma​​ força conservativa​​ é o mesmo​​ 

na ida de A até C​​ por qualquer uma das​​ trajetórias​​ I, II ou III.

 

O que você deve saber,​​ informações e dicas

 

 

  trabalho das forças conservativas, como, por exemplo,​​ das forças peso,​​ da​​ elástica, da​​ elétrica​​ e da magnética não dependem da trajetória,​​ mas apenas das posições inicial​​ e​​ final da mesma.

 

​​ Gráficos​​ das energias cinética, potencial gravitacional e mecânica para um corpo de massa m,

quando lançado​​ verticalmente para cima, a​​ partir do ponto de lançamento,​​ tomado como

referencial​​ e desprezando-se as​​ forças resistivas​​ (sistema conservativo),​​ em função do​​ tempo de subida e descida.

Durante​​ todo o movimento,​​ conclui-se que,​​ à diminuição de energia cinética corresponde um aumento de energia potencial gravitacional​​ e vice-versa, mantendo-se​​ constante a totalidade da​​ energia mecânica.

Observe que as representações gráficas das​​ energias cinética​​ e​​ potencial gravitacional

correspondem à​​ duas parábolas invertidas​​ de modo que,​​ em cada ponto,​​ a​​ soma​​ dessas duas energias corresponda​​ à energia mecânica, que é constante. 

Observe também que o tempo de subida é igual ao tempo de descida, pois as forças dissipativas são desprezadas.

 

Resumo teórico​​ sobre​​ energia mecânica​​ num​​ pêndulo simples:

 

 Analise com atenção as​​ informações a seguir, que relacionam as​​ energias cinética, potencial gravitacional e potencial elástica.

 Características do movimento de uma esfera em queda livre que atinge uma mola, deformando-a, até que a esfera pare.​​ (Os atritos são desprezados e o sistema é conservativo) 

 

Sistemas dissipativos

 

Sistemas dissipativos  surgem quando o​​ trabalho é realizado por forças dissipativas (força de atrito, força de resistência do ar, etc.)​​ no qual, parte​​ da energia​​ mecânica do sistema​​ é​​ dissipada​​ 

nas​​ formas de energia térmica, sonora, etc.

O que você deve saber

 

Para você entender veja um exemplo:

 (FMJ –SP)

Uma pessoa​​ descarrega galões de água​​ de um caminhão utilizando uma canaleta por onde os galões deslizam, como mostra a​​ figura.

A pessoa​​ empurra​​ o galão do alto do caminhão, imprimindo-lhe a​​ velocidade de 3,0 m/s.

Deslizando pela​​ canaleta, o galão desce​​ de uma​​ altura de 2,0 m​​ e chega ao​​ final da canaleta​​ com​​ velocidade de 2,0 m/s.

Considerando-se a aceleração gravitacional igual a 10  e a massa do galão igual a 20 kg,​​ a​​ energia mecânica​​ dissipada durante a descida do galão pela canaleta​​ é igual a

(A) 400 J.

(B) 490 J.

(C) 50 J.

(D) 200 J.

(E) 450 J.

Resolução:

Cálculo da​​ energia mecânica​​ nas​​ posições P (início da canaleta) e​​ Q (final da canaleta), colocando a origem da altura no final da canaleta.

R- E

 

Exercícios de vestibulares com resolução comentada sobre​​ Energia Mecânica​​ e sua conservação​​ e sobre forças dissipativas

 

Até o exercício​​ número 20​​ ​​ Sistemas Conservativos

A partir do exercício​​ número 20​​ ​​ Sistemas Dissipativos

 

01 -(UFFRJ​​ -​​ RJ) 

O​​ salto com vara​​ é, sem dúvida, uma das disciplinas mais exigentes do atletismo.​​ 

Em um​​ único salto,​​ o atleta executa cerca de​​ 23 movimentos em menos de 2 segundos.​​ 

Na última Olimpíada de Atenas a atleta russa, Svetlana Feofanova, bateu o recorde feminino,​​ saltando 4,88 m.

A​​ figura a seguir​​ representa um​​ atleta​​ durante um salto com vara, em​​ três instantes distintos.

 Assinale a​​ opção​​ que melhor​​ identifica​​ os​​ tipos de energia​​ envolvidos em​​ cada uma​​ das​​ situações I, II, e III,​​ respectivamente.

a)​​ – cinética  – cinética e gravitacional  – cinética e gravitacional

b)​​ – cinética e elástica – cinética, gravitacional e elástica – cinética e gravitacional

c)​​ – cinética – cinética, gravitacional e elástica – cinética e gravitacional

d)​​ – cinética e elástica – cinética e elástica – gravitacional

e)​​ – cinética e elástica – cinética e gravitacional – gravitacional

 Resolução:

 Observe que na​​ figura I​​ ele está correndo​​ (energia cinética)​​ no​​ solo horizontal​​ sem utilizar a​​ vara​​ (energia elástica)​​ e​​ nem subir (energia gravitacional),​​ então, em​​ I​​ você identifica​​ apenas energia cinética. 

Na​​ figura II​​ ele está se​​ movendo​​ (energia cinética),​​ a​​ flexibilidade da vara​​ o impulsiona​​ para cima

(energia elástica)​​ e ele está​​ ganhando altura​​ (energia gravitacional).

Na​​ figura 3​​ ele está se​​ movendo para baixo​​ (energia cinética),​​ perdendo altura​​ (energia gravitacional)​​ e​​ não havendo energia elástica​​ (abandonou a vara).   

R- C

 

02​​ -(PUC - MG) 

Um​​ ciclista​​ desce uma​​ rua inclinada,​​ com​​ forte vento contrário ao seu movimento,​​ com​​ velocidade constante.

 Pode-se​​ afirmar que:

a)​​ sua​​ energia cinética​​ está​​ aumentando.                            

b)​​ sua​​ energia potencial gravitacional​​ está​​ diminuindo              

c)​​ sua​​ energia cinética​​ está​​ diminuindo.                             

d)​​ sua​​ energia potencial gravitacional​​ é​​ constante.

Resolução:

R- B

 

03-​​ (UFMG - MG)

 Rita​​ está​​ esquiando​​ numa montanha dos Andes.​​ 

A​​ energia cinética​​ dela em função do​​ tempo,​​ durante​​ parte do trajeto,​​ está representada neste​​ gráfico:

Os​​ pontos​​ Q e R,​​ indicados nesse​​ gráfico,​​ correspondem a​​ dois instantes diferentes​​ do movimento de Rita.

Despreze​​ todas as​​ formas de atrito.

Com base nessas​​ informações,​​ é​​ CORRETO afirmar​​ que Rita atinge

a)​​ velocidade máxima em Q​​ e​​ altura mínima em R.         

b)​​ velocidade máxima em R​​ e​​ altura máxima em Q.         

c)​​ velocidade máxima em Q​​ e​​ altura máxima em R.         

d)​​ velocidade máxima em R​​ e​​ altura mínima em Q.

Resolução:

Como​​ não existe atrito​​ a​​ energia mecânica se conserva​​ e onde a​​ energia cinética​​ é máxima​​ (ponto R), a​​ velocidade​​ é máxima​​ e a​​ energia potencial gravitacional​​ é mínima​​ (altura mínima).​​ 

No​​ ponto P a​​ energia cinética​​ é mínima​​ (menor velocidade) e a​​ energia potencial gravitacional​​ é​​ máxima​​ (maior altura).

R- B

 

04-​​ (UECE - CE) 

​​ A​​ figura​​ a seguir mostra​​ quatro trajetórias​​ de uma​​ bola de futebol​​ lançada no espaço.

Desconsiderando o atrito​​ viscoso com o ar,​​ assinale o correto.

a)​​ A trajetória que exigiu a​​ maior energia foi a I.                                       

b)​​ A trajetória que exigiu a​​ maior energia foi a II. 

c)​​ A trajetória que exigiu a​​ maior energia foi a III.                                    

d)​​ A energia exigida​​ é a mesma​​ para todas as trajetórias. 

Resolução:

Observe que o​​ sistema é conservativo,​​ então​​ a​​ energia mecânica inicial,​​ no​​ lançamento,​​ é igual​​ à​​ energia mecânica​​ no​​ ponto mais alto,​​ que​​ é a mesma para as três trajetórias.​​ 

Portanto, a​​ energia potencial​​ também é a mesma.​​ Assim, fica na​​ dependência da​​ energia cinética.​​ 

A​​ partir​​ do​​ ponto mais alto​​ onde a​​ energia potencial gravitacional​​ é a mesma​​ (mesma altura), a​​ trajetória de maior alcance horizontal é a III,​​ portanto, a de​​ maior velocidade horizontal​​ e, consequentemente, a de​​ maior energia cinética.​​ 

Então, a​​ trajetória III​​ é a que​​ apresenta maior energia mecânica​​ no ponto mais alto, logo,​​ maior energia mecânica no lançamento. 

R- C

 

05-​​ (FGV​​ -​​ RJ) 

O​​ gráfico abaixo​​ representa a​​ energia potencial EP,​​ em​​ função do tempo,​​ de uma​​ pequena esfera​​ em​​ movimento oscilatório,​​ presa​​ na​​ extremidade de uma mola.

Dentre os​​ gráficos I, II, III e IV,​​ aqueles que representam a​​ energia cinética e a​​ energia total do sistema,​​ quando​​ não há efeitos dissipativos,​​ são, respectivamente,

a)​​ I e II.                   

b)​​ I e III.                                

c)​​ II e III.                             

d)​​ II e IV.                                       

e)​​ III e I. 

Resolução:

Como o​​ sistema é conservativo​​ a​​ energia mecânica total​​ é​​ constante e diferente de zero​​ (gráfico III). 

Se a​​ energia total​​ (mecânica)​​ é constante​​ quando a​​ energia potencial diminui a cinética deve

R- B

 

06-​​ (UFSM - RS) 

​​ 

A​​ figura​​ a seguir, representa uma​​ barragem​​ com a canalização que​​ leva a água à turbina.

Se​​ não existe perda de energia no escoamento​​ e se​​ o módulo da velocidade da água em P é​​ V,​​ a​​ energia disponível​​ para​​ girar a turbina,​​ para uma quantidade de água de​​ massa m,​​ é:

Resolução:

R- A

 

07-​​ (PUCCAMP – SP)

Um​​ pêndulo​​ oscila​​ entre os pontos​​ B e C,​​ que estão a uma​​ altura h​​ acima do​​ ponto A, o​​ mais baixo​​ da trajetória.

Sabe-se que a​​ energia potencial gravitacional​​ do pêndulo​​ é nula​​ no​​ ponto A​​ e sua​​ energia cinética​​ é nula​​ nos​​ pontos B e C.

Considerando que o​​ fio seja inextensível​​ e de​​ massa desprezível,​​ no​​ instante​​ em que a​​ energia cinética do pêndulo é igual à sua energia potencial,​​ a​​ massa​​ do pêndulo tem​​ velocidade igual​​ a:

Resolução:

Resumo teórico sobre energia mecânica num pêndulo simples:

R- B

 

08-​​ (IFSUDESTE​​ -​​ MG)​​ 

O funcionário de uma empresa especializada em​​ limpeza de janelas​​ de prédios está trabalhando do​​ lado externo de um prédio,​​ efetuando a limpeza das janelas.

Para esse trabalho externo, o​​ funcionário​​ está usando todos os equipamentos de segurança necessários e também está equipado com​​ todo o material de limpeza​​ que será usado.

Em um​​ momento de descuido,​​ o trabalhador​​ deixa cair, a partir do repouso,​​ uma​​ garrafa​​ de plástico, contendo água, com​​ massa de 0,5 kg​​ (quilogramas) de uma​​ altura de 40 metros.

Considerando que a​​ aceleração da gravidade no local seja 10​​  (metros por segundo quadrado), desprezando​​ os efeitos da​​ resistência do ar​​ e o formato da garrafa, a​​ energia potencial gravitacional da garrafa no topo do prédio​​ e sua​​ energia cinética ao chegar ao solo são​​ respectivamente:

a) 400 joules e 400 joules.

b) 200 joules e 200 joules.

c) 400 joules e 200 joules.

d) 200 joules e 0 Joules.

e) 0 joules e 200 joules

Resolução:

Como os​​ atritos são desprezados​​ você pode considerar o​​ sistema conservativo​​ com a​​ energia

mecânica sendo sempre a mesma​​ em qualquer ponto da queda. Vamos​​ calculá-la nos pontos extremos​​ P e Q.

R- B

 

 

09-​​ (PUC​​ -​​ RS)

Num​​ salto em altura com vara,​​ um​​ atleta​​ atinge a​​ velocidade de 11m/s​​ imediatamente antes​​ de fincar a vara no chão​​ para subir.

Considerando que o​​ atleta​​ consiga​​ converter 80% da sua energia cinética em energia potencial gravitacional​​ e que a​​ aceleração da gravidade​​ no local seja​​ 10​​ ,​​ a​​ altura máxima​​ que o seu​​ centro de massa​​ pode atingir é, em metros,​​ aproximadamente,

A) 6,2                    

B)​​ 6,0                      

C)​​ 5,6                      

D)​​ 5,2                                 

E)​​ 4,8

Resolução:

Colocando o​​ referencial na altura​​ em que se encontra​​ seu centro de massa,​​ no início,​​ quando ele finca a vara no chão​​ para subir​​ quando​​ sua velocidade é de​​ V = 11 m/s​​ ele só possui​​ energia​​ cinética

R- E

 

10-​​ (FAMEMA – SP)

figura​​ mostra uma​​ esfera, de 250 g,​​ em repouso,​​ apoiada sobre uma​​ mola ideal comprimida.

Ao ser​​ liberada,​​ a mola​​ transfere 50 J à esfera, que inicia, a​​ partir do repouso​​ e​​ da altura​​ indicada na​​ figura,​​ um​​ movimento vertical para cima.

Desprezando-se a​​ resistência do ar​​ e adotando-se​​ g = 10 ,​​ a​​ máxima altura​​ que a​​ esfera alcança,​​ em​​ relação à altura de sua partida,​​ é

(A) 40 m.

(B) 25 m.

(C) 20 m.

(D) 10 m.

(E) 50 m

Resolução:

R- C

 

 11-​​ (CEDERJ – RJ)

Considerando que a aceleração da gravidade vale g = 10​​  e sabendo que a constante elástica​​ 

(A) 2,0 m 

(B) 4,0 m 

(C) 6,0 m 

(D) 8,0 m

Resolução:

Colocando o​​ nível zero de altura​​ no​​ ponto A​​ e aplicando o teorema da​​ conservação da energia mecânica nos pontos A e B.

R- A

 

12-​​ (ACAFE – SC)

Um sagui​​ se locomove pelas árvores, mas em​​ alguns momentos​​ tem que​​ saltar de árvore em árvore​​ por falta de galhos para atravessar.

Na figura abaixo,​​ tem-se a​​ representação​​ de um​​ sagui​​ de​​ massa m,​​ que usa um pouco de sua​​ energia​​ para​​ saltar, a partir do repouso,​​ do​​ ponto A para o B e em seguida para o C.

Considera-se que nesta​​ série de saltos​​ não​​ houve perda de energia mecânica e que a​​ energia​​ 

Com​​ base no exposto,​​ marque a​​ alternativa​​ que indica a​​ energia mecânica​​ do sagui,​​ imediatamente,​​ antes dele chegar em C.

R- D

 

13-​​ (ENEM-MEC)

Numa feira de ciências, um estudante utilizará o​​ disco de Maxwell (ioiô) para demonstrar o​​ princípio da conservação da energia.​​ 

A apresentação consistirá em duas etapas: 

Etapa 1 – a explicação de que, à medida que o​​ disco desce, parte​​ de sua​​ energia potencial gravitacional​​ é transformada em​​ energia cinética de translação​​ e​​ energia cinética de rotação;

Etapa 2 – o cálculo​​ da​​ energia cinética de rotação​​ do disco no​​ ponto mais baixo​​ de sua trajetória, supondo o​​ sistema conservativo.

Ao preparar a​​ segunda etapa, ele considera a​​ aceleração da gravidade igual a​​ 10​​  e a velocidade linear​​ do centro de massa do disco​​ desprezível em comparação com a velocidade angular.

Em seguida, mede a altura do topo do disco​​ em relação ao chão no​​ ponto mais baixo de sua trajetória,​​ obtendo​​ 1/3 da altura da haste do brinquedo.

As especificações​​ de​​ tamanho do brinquedo, isto é, de comprimento (C), largura (L) e altura (A), assim como da massa de seu disco de metal,​​ foram encontradas pelo estudante no​​ recorte de manual ilustrado a seguir.

O resultado​​ do cálculo da​​ etapa 2,​​ em joule, é:

Resolução:

Está sendo​​ pedida​​ a​​ energia cinética de rotação​​ no ponto​​ mais baixo e, como afirmado elo enunciado,​​ nesse ponto​​ a​​ velocidade linear de translação (movimento vertical) é desprezível​​ em​​ relação à velocidade angular de rotação, e a energia cinética aí​​ (parte mais baixa) pode ser considerada​​ somente a energia cinética de rotação.

Veja a​​ figura abaixo:

altura​​ do brinquedo é de​​ = 410 mm = 0,410 m e o nível zero​​ de​​ altura está indicado na​​ figura.

Sendo o sistema conservativo​​ a​​ energia mecânica (total) é sempre a mesma em todos os​​ pontos.

R- B

 

14-​​ (UFPR – PR)

Um objeto​​ de​​ massa m constante​​ está situado no​​ topo​​ de um​​ plano inclinado sem atrito,​​ de​​ ângulo de inclinação θ,​​ conforme mostra a figura abaixo.

O​​ objeto​​ está​​ inicialmente em repouso, a uma​​ altura da​​ base​​ do plano inclinado, e pode ser considerado uma​​ partícula,​​ tendo em conta as dimensões envolvidas.

Num dado instante, ele é solto​​ e​​ desce​​ o plano inclinado, chegando​​ à sua base​​ num​​ instante posterior.

Durante o movimento, o objeto não fica sujeito a​​ nenhum tipo de atrito​​ e as observações são feitas por um referencial inercial.

No local, a​​ aceleração gravitacional​​ vale, em​​ módulo, g.

Levando em consideração os​​ dados apresentados, assinale a alternativa​​ que corresponde ao valor do​​ módulo da quantidade de movimento​​ (momento linear) Q que o​​ objeto de massa adquire ao​​ chegar à base​​ do plano inclinado.

Resolução:

Veja​​ figura abaixo:

R- A

 

15-​​ (UDESC –​​ SC)

Figura, fora de escala, mostra uma​​ pequena esfera (trate-a como um objeto pontual) liberada​​ do​​ repouso no ponto A.

trecho A-B​​ é um​​ arco de circunferência​​ de​​ raio R.

A pequena esfera, a​​ partir do ponto B,​​ sobe pela rampa​​ até o​​ ponto C,​​ quando​​ atinge novamente o repouso.

A​​ inclinação da rampa vale  e​​ todas​​ as forças dissipativas podem ser​​ desconsideradas

Assinale a​​ alternativa​​ que corresponde a​​ velocidade da esfera no ponto B e a​​ distância horizontal x​​ percorrida.

Resolução:

Como​​ todas​​ as​​ forças dissipativas​​ são​​ desconsideradas você pode aplicar o​​ teorema da conservação da energia mecânica.

Trecho AB

Trecho BC

R- E

 

16-​​ (UFRR –​​ RR)

Um engenheiro​​ apresentou​​ dois projetos​​ para a construção de uma​​ mesma usina hidrelétrica.

Em​​ ambos os projetos​​ as​​ turbinas​​ estão situadas no​​ mesmo nível da base da barragem​​ e a uma​​ mesma distância d,​​ desta.

No projeto A,​​ a​​ altura da barragem,​​ em​​ relação ao nível das turbinas é igual a duas vezes a distância destas à base da barragem.

No projeto B,​​ a altura da barragem é igual a uma vez e meia a distância das turbinas à base.

Desprezando-se​​ quaisquer perdas​​ por​​ forças dissipativas​​ e considerando-se que a​​ vazão prevista nos dois projetos é a mesma,​​ podemos afirmar que a​​ relação entre as​​ energias geradas pelas hidrelétricas​​ A e B​​ é dada por

A) A​​ energia gerada pela usina A​​ será um quarto maior que a​​ gerada pela usina B.

B) A​​ energia gerada pela usina B​​ será um terço maior que a​​ gerada pela usina A.

C) A​​ energia gerada pela usina A​​ será três vezes e meia maior que a​​ gerada pela usina B.

D) A​​ energia gerada pela usina B​​ será um quarto maior que a​​ gerada pela usina A.

E) Ambas gerarão​​ a mesma​​ quantidade de energia.

Resolução:

Como a​​ vazão da água é a mesma,​​ a​​ energia cinética​​ que será transformada​​ em elétrica​​ também​​ será a mesma​​ nos dois projetos.

Assim,​​ toda energia elétrica​​ gerada por​​ cada usina​​ será a​​ energia potencial gravitacional​​ fornecida por , sendo​​ m a massa de​​ água que será a​​ mesma nos dois casos.

R- ?

 

17 -(PUC​​ -​​ MG) 

Os​​ gatos​​ conseguem sair ilesos de muitas quedas.​​ 

Suponha que a​​ maior velocidade que ele possa atingir o solo,​​ sem se machucar, seja de​​ 29 km/h.​​ Então,​​ desprezando-se a resistência do ar​​ e considerando​​ g = 10​​ ,​​ a​​ altura máxima de queda​​ para que um​​ gato,​​ partindo do repouso,​​ nada sofra​​ é, aproximadamente, de:

a)​​ 6,4 m

b)​​ 10 m

c)​​ 2,5 m

d)​​ 3,2 m

e)​​ 8,2 m

Resolução:

R- D

 

18-​​ (UNICAMP​​ -​​ SP) 

Um​​ brinquedo​​ que muito agrada às crianças são os​​ lançadores de objetos​​ em uma pista.​​ 

Considere que a​​ mola​​ da​​ figura​​ a seguir possui uma​​ constante elástica k = 8​​ 000 N/m​​ e massa desprezível.​​ 

Inicialmente,​​ a​​ mola está comprimida de 2,0 cm​​ e, ao​​ ser liberada, empurra um carrinho​​ de​​ massa igual a 0,20 kg.​​ O​​ carrinho abandona a mola​​ quando esta​​ atinge o seu comprimento relaxado,​​ e​​ percorre​​ uma​​ pista​​ que​​ termina em uma rampa.​​ 

Considere que​​ não há perda de energia mecânica​​ por atrito no movimento do carrinho.

a)​​ Qual é a​​ velocidade do carrinho​​ quando​​ ele abandona a mola?

b)​​ Na​​ subida da rampa,​​ a que​​ altura o carrinho​​ tem​​ velocidade de 2,0 m/s?

Resolução:

 

 

 

19-​​ (UFPE - PE) 

Com base na​​ figura​​ a seguir, calcule​​ a menor velocidade​​ com que o​​ corpo​​ deve​​ passar pelo ponto A​​ 

para ser​​ capaz de atingir​​ o​​ ponto B.​​ Despreze o​​ atrito​​ e considere​​ g = 10​​ .

Resolução:

A​​ menor velocidade​​ que ele deve ter no​​ ponto A​​ deve​​ somente ocorrer​​ se​​ ele chegar​​ em B​​ com velocidade nula.

20-​​ (UFG - GO) 

Um​​ bloco​​ de​​ massa​​ igual a​​ 0,5 kg​​ é​​ abandonado, em repouso,​​ 2 m​​ acima de uma mola vertical​​ de​​ comprimento 0,8 m​​ e​​ constante elástica​​ igual a​​ 100 N/m,​​ conforme o​​ diagrama.

Calcule o​​ menor comprimento​​ que a​​ mola atingirá.​​ Considere​​ g = 10​​ 

Resolução:

Observe a​​ figura abaixo:

Resolução:

 

21-​​ (UFSCAR​​ -​​ SP) 

​​ 

O​​ trabalho realizado por uma​​ força conservativa​​ independe da trajetória,​​ o que não acontece com as​​ forças dissipativas,​​ cujo trabalho realizado​​ depende da trajetória.​​ 

São​​ bons exemplos de forças conservativas e dissipativas,​​ respectivamente,

a)​​ peso e massa.

b)​​ peso e resistência do ar.

c)​​ força de contato e força normal.

d)​​ força elástica e força centrípeta.

e)​​ força centrípeta e força centrífuga.

Resolução:

As​​ forças gravitacional​​ (peso),​​ elétrica​​ e​​ magnética​​ são​​ conservativas​​ e as​​ forças de atrito,​​ e​​ de​​ resistência do ar​​ são​​ dissipativas

R- B

 

22​​ -(UFMG​​ -​​ MG) 

Observe o​​ perfil​​ de uma​​ montanha russa​​ representado nesta​​ figura:

Um​​ carrinho é solto​​ do​​ ponto M, passa pelos pontos N e P​​ e​​ só consegue​​ chegar​​ até​​ o​​ ponto Q.​​ Suponha que a​​ superfície dos trilhos​​ apresenta as​​ mesmas características​​ em toda a sua​​ extensão.​​ Sejam​​ E(cn) e E(cp)​​ as​​ energias cinéticas​​ do carrinho,​​ respectivamente,​​ nos pontos​​ N e P​​ e​​ E(tp) e E(tq)​​ as​​ energias mecânicas totais​​ do carrinho, também​​ respectivamente,​​ nos pontos​​ P e Q.​​ Considerando-se​​ essas informações, é​​ CORRETO​​ afirmar que

a)​​ E(cn) = E(cp)​​ e​​ E(tp) = E(tq).     

b)​​ E(cn) = E(cp)​​ e​​ E(tp) > E(tq).     

c)​​ E(cn) > E(cp)​​ e​​ E(tp) = E(tq).     

d)​​ E(cn) > E(cp)​​ e​​ E(tp) > E(tq).

Resolução:

A​​ energia potencial gravitacional​​ é a mesma​​ em​​ N​​ e em​​ P​​ (mesma altura)​​ e como​​ há perda de energia mecânica,​​ a​​ energia mecânica em N​​ é maior​​ que a​​ energia mecânica em P.​​ 

Assim, a​​ energia cinética em N​​ (passa em N com certa velocidade)​​ é maior​​ que a​​ energia cinética em P​​ (está em repouso V = 0).​​ 

Tendo​​ perda​​ de energia a​​ E(tp)​​ é maior​​ que a​​ E(Etq).​​ 

R- D

 

23-​​ (UFSM​​ -​​ RS)​​ 

​​ 

Não se percebe​​ a existência do ar num dia​​ sem vento;​​ contudo, isso​​ não significa​​ que ele​​ não existe.

Um​​ corpo​​ com​​ massa de 2kg​​ é abandonado​​ de uma​​ altura de 10m,​​ caindo verticalmente num​​ referencial fixo no solo.

​​ Por​​ efeito da​​ resistência do ar,​​ 4​​ J da energia mecânica​​ do​​ sistema corpo-Terra​​ se transformam em​​ energia interna do ar​​ e do​​ corpo.​​ 

Considerando o​​ módulo​​ de​​ aceleração da gravidade​​ como​​ g​​ = 10​​ , o​​ corpo atinge o solo​​ com​​ velocidade​​ de módulo,​​ em​​ m/s,​​ de

a)​​ 12

b)​​ 14

c)​​ 15

d)​​ 16

e)​​ 18

Resolução:

R- B

 

24-​​ (FGV​​ -​​ SP) 

Ao​​ passar​​ pelo​​ ponto A,​​ a uma​​ altura de 3,5​​ m​​ do​​ nível de referência B, uma​​ esfera​​ de​​ massa 2kg,​​ que havia​​ sido abandonada de um ponto mais alto que A,​​ possui​​ velocidade de 2​​ m/s.​​ 

A esfera​​ passa por B​​ e, em​​ C, a 3,0m do mesmo nível de referência,​​ sua​​ velocidade torna-se zero.

A​​ parcela de energia dissipada​​ por ações resistentes​​ sobre a esfera é,​​ em J.

Dados:​​ g​​ =​​ 10​​ 

a)​​ 10

b)​​ 12

c)​​ 14

d)​​ 16

e)​​ 18

Resolução:

R- C​​ 

 

​​ 25-​​ (UECE - CE) 

​​ 

Na presença da​​ atmosfera terrestre,​​ um​​ projétil,​​ lançado​​ verticalmente para cima,​​ perde​​ parte de​​ sua energia​​ devido a​​ forças viscosas com o ar.​​ 

Tal perda pode ser​​ minimizada​​ tornando o projétil mais​​ aerodinâmico.​​ 

Caso​​ fosse possível eliminar​​ uma​​ perda de 40 kJ​​ neste processo, devido a essas​​ melhorias aerodinâmicas,​​ de​​ quanto aumentaria,​​ aproximadamente, a​​ altura​​ máxima​​ atingida por um projétil​​ de​​ 10 kg​​ lançado​​ verticalmente para cima?

Admita que a​​ aceleração da gravidade​​ não varie e que​​ seja igual a 10​​ .

a)​​ 200 m

b)​​ 300 m

c)​​ 400 m

d)​​ 500 m

e)​​ 100 m

Resolução:

Como os​​ projéteis são lançados do mesmo ponto​​ com a​​ mesma velocidadd inicial,​​ a​​ energia cinética é a mesma​​ tanto a inicial como a final. Assim, pode-se​​ levar em conta apenas a variação de energia potencial gravitacional.​​ 

R- C

​​ 

26-​​ (PUC​​ -​​ SP) 

​​ 

O​​ carrinho​​ da​​ figura​​ tem​​ massa 100​​ g​​ e encontra-se​​ encostado em uma mola​​ de​​ constante elástica 100​​ N/m,​​ comprimida de 10​​ cm.

Ao​​ ser liberado, o carrinho​​ sobe a rampa​​ até uma​​ altura máxima de 30cm.​​ 

O​​ módulo​​ da​​ quantidade de energia mecânica dissipada​​ no processo, em​​ joules,​​ é:

a)​​ 25 000

b)​​ 4 970

c)​​ 4 700

d)​​ 0,8

e)​​ 0,2

Resolução:

R- E

 

27-​​ (EsPCEx – AMAN – SP – RJ)

Um corpo homogêneo​​ de​​ massa 2 kg​​ desliza sobre uma​​ superfície horizontal, sem atrito,​​ com​​ velocidade constante de 8 m/s​​ no​​ sentido​​ indicado no​​ desenho, caracterizando a​​ situação 1.

A​​ partir​​ do​​ ponto A,​​ inicia a subida da rampa, onde​​ existe atrito. 

O corpo​​ sobe até parar​​ na​​ situação 2, e, nesse instante, a diferença entre as alturas dos centros de gravidade (CG)​​ nas situações​​ 1 e 2​​ é​​ 2,0 m.

A​​ energia mecânica dissipada pelo atrito​​ durante a​​ subida do corpo na rampa, da​​ situação 1​​ até a​​ situação 2, é

Dado:​​ adote a​​ aceleração da gravidade g=10​​ 

a)​​ 10 J

b)​​ 12 J

c)​​ 24J

d)​​ 36 J

e)​​ 40 J

Resolução:

R- C

 

28-​​ (UFOP​​ -​​ MG) ​​ 

​​ 

Um​​ jogador de basquete​​ treina com uma​​ bola​​ cuja​​ massa é de 2 kg.​​ 

A​​ bola é​​ abandonada​​ a​​ 1 m de altura​​ e,​​ ao​​ chocar-se​​ com o solo,​​ perde 50 % de sua energia.​​ 

Usando​​ g​​ = 10​​ , calcule:

a)​​ a​​ energia cinética​​ da bola​​ imediatamente após o primeiro choque;

b)​​ a​​ velocidade​​ da bola ao​​ atingir o solo pela segunda vez;

c)​​ depois de qual choque​​ a bola irá​​ adquirir a energia aproximada de 0,08 J.

Resolução:

a)​​ Dados:​​ m = 2 kg; ho = 1 m e g = 10​​ 

 A​​ cada choque​​ a bola​​ perde 50%​​ de sua​​ energia mecânica,​​ e​​ não ocorre​​ perda​​ de​​ energia mecânica​​ enquanto a​​ bola está no ar. 

​​ Assim,​​ após o primeiro choque,​​ nesse instante,​​ a bola​​ retorna com​​ perda de 50% de sua​​ energia cinética​​ que corresponde a​​ metade de sua energia potencial gravitacional inicial.

 

29-​​ (PUC​​ –​​ RS)​​ 

A​​ figura​​ mostra um​​ bloco​​ no​​ ponto X.

No trecho​​ entre X e Y,​​ não há atrito​​ entre o​​ bloco e a superfície​​ e, no trecho​​ entre Y e Z,​​ a​​ superfície encontra-se em um plano horizontal​​ e​​ é rugosa.

O bloco​​ parte do repouso​​ e desliza​​ entre X e Y.​​ 

A​​ partir​​ do​​ ponto Y,​​ a​​ velocidade​​ do bloco​​ diminui​​ até parar​​ no​​ ponto Z.

O bloco​​ leva 1,25 s​​ para se​​ deslocar​​ entre os​​ pontos Y e Z.

Considerando a​​ aceleração da gravidade​​ constante​​ e igual a​​ 10 ,​​ qual é o coeficiente de atrito cinético​​ entre o bloco​​ e a​​ superfície rugosa?

A) 0,25

B) 0,33

C) 0,80

D) 0,92

Resolução:

R- C

 

30- (COLÉGIO NAVAL)

Analise a figura a seguir.

Numa determinada montanha russa um trenó,​​ sob a ação de uma​​ força resultante constante,​​ que atua de A até B,​​ parte do​​ repouso do ponto A e,​​ após 2 segundos,​​ atinge a velocidade de 180 km/h no ponto B,​​ iniciando uma​​ subida que o leva até o ponto C,​​ onde passa com

velocidade de 18 km/h. ​​ 

Sabendo que a​​ energia​​ perdida pelos atritos entre os pontos B e C foi de​​ ,​​ é​​ correto

afirmar que a força resultante  que atuou​​ sobre o trenó entre os pontos A e B e a ​​ 

altura  atingida  por ele  no  ponto  C ​​ são, respectivamente:

(A) ​​ 10000  N ​​ e  h = 80m   

(B) ​​ 20000  N ​​ ​​ h = 80m    

(C) ​​ 20000  N ​​ ​​ h = 100m     

(D) ​​ 40000  N ​​ e  h = 100m

(E) ​​ 80000  N ​​ e  h = 120m

Resolução:

Entre A e B​​ não tem atrito​​ e a​​ força​​ na direção do movimento é a​​ força resultante  (veja figura).​​ 

Entre B e C​​ (figura abaixo)

R- C.