Questões Sobre Trabalho e Energia - Física - concurso

Para entender melhor porque a resposta certa é C), vamos analisar o problema passo a passo. Primeiramente, é importante notar que a energia necessária para transportar os passageiros entre os dois pisos é constante, pois a distância vertical H é fixa.

No entanto, quando aumenta o número de passageiros transportados por minuto, a massa total a ser transportada também aumenta. Como a massa média dos passageiros é constante, o aumento do número de passageiros implica um aumento da massa total.

Como não há força dissipativa no sistema e 100% do trabalho do motor é transferido para os passageiros, a potência desenvolvida pelo motor é diretamente proporcional à taxa de variação da energia dos passageiros. Ou seja, à medida que a massa total a ser transportada aumenta, a potência desenvolvida pelo motor também aumenta.

Portanto, é correto afirmar que quanto maior for o número de passageiros transportados por minuto, maior será a potência desenvolvida pelo motor para movimentar a escada. Isso justifica a resposta C) CERTO.

É importante notar que essa conclusão é válida apenas porque a massa média dos passageiros é constante. Se a massa média variasse com o número de passageiros, a relação entre o número de passageiros e a potência desenvolvida pelo motor poderia ser diferente.

Além disso, é fundamental lembrar que essa é uma simplificação do problema real, pois na prática há muitas outras variáveis que afetam o funcionamento de uma escada rolante, como a resistência ao movimento, a inércia dos passageiros, etc. No entanto, para fins didáticos, essa abordagem simplificada pode ser útil para ilustrar os conceitos físicos envolvidos.

Em resumo, a resposta C) CERTO é justificada pela análise da relação entre a massa total a ser transportada e a potência desenvolvida pelo motor, considerando as hipóteses do problema.

Para entendermos por que a assertiva está errada, vamos analisar o que acontece com um passageiro que está sendo transportado pela escada rolante. Quando o passageiro está parado em relação à escada, ele experimenta uma força normal exercida pela escada, que é igual ao seu peso. Isso ocorre porque a escada rolante está se movimentando com velocidade escalar constante, ou seja, sua aceleração é nula.

Quando o passageiro é transportado pela escada rolante, sua altura em relação ao piso inferior aumenta. Portanto, sua energia potencial gravitacional também aumenta. Como a energia total do passageiro é conservada (não há forças dissipativas), a energia potencial gravitacional adicional deve ser fornecida pela escada rolante.

A força exercida pela escada rolante sobre o passageiro é a força normal, que é perpendicular à superfície da escada. Essa força não tem componente vertical, pois a escada rolante não está exercendo nenhuma força que tire o passageiro do seu estado de movimento retilíneo uniforme. Portanto, a força aplicada pela escada rolante ao passageiro não é proporcional à velocidade escalar com que a escada se movimenta.

Além disso, se a força aplicada pela escada rolante fosse proporcional à velocidade escalar, isso significaria que a força aumentaria com a velocidade da escada. No entanto, como a energia potencial gravitacional do passageiro aumenta com a altura, a força necessária para transportá-lo também aumenta com a altura, e não com a velocidade.

Portanto, a assertiva está errada, e a resposta certa é E) ERRADO.

Para calcular a energia dissipada durante o escorregamento pelo mastro, precisamos primeiro calcular a energia cinética do soldado no momento em que ele chega ao solo. Sabemos que a energia cinética é dada pela fórmula:

Ek = (1/2) × m × v²

Onde m é a massa do soldado (80,0 kg) e v é a velocidade do soldado no momento em que ele chega ao solo.

Para calcular a velocidade do soldado, podemos usar a equação de movimento uniformsmente acelerado:

v = v₀ + g × t

Onde v₀ é a velocidade inicial (nula, pois o soldado parte do repouso), g é o módulo da aceleração da gravidade local (10,0 m/s²) e t é o tempo de queda (2,45 s).

Substituindo os valores, temos:

v = 0 + 10,0 m/s² × 2,45 s = 24,5 m/s

Agora, podemos calcular a energia cinética:

Ek = (1/2) × 80,0 kg × (24,5 m/s)² = 2400 J

A energia dissipada durante o escorregamento é igual à energia potencial gravitacional inicial do soldado, que é dada pela fórmula:

Ep = m × g × h

Onde h é a altura do mastro (6,00 m).

Substituindo os valores, temos:

Ep = 80,0 kg × 10,0 m/s² × 6,00 m = 3840 J

A resposta certa é, portanto, B) 3840 J.

calcule o trabalho realizado pelo peso do bloco utilizando a fórmula:

Onde:

• m é a massa do bloco, igual a 80 kg;
• g é o módulo da aceleração da gravidade, igual a 10 m/s2;
• Δh é a variação de altura do bloco.

No caso, a variação de altura do bloco é:

Substituindo os valores na fórmula, temos:

Observe que o trabalho realizado pelo peso do bloco é negativo, pois a força peso atua no sentido oposto ao deslocamento do bloco.

Portanto, a resposta correta é:

• C) - 2400 J

Justificativa: como o trabalho realizado pelo peso do bloco é negativo, seu módulo (valor absoluto) é de 2400 J.

Analise a situação a seguir.

Mariana e Pedro, apostando corrida, saem do primeiro andar de um prédio para o segundo andar. Mariana, cuja massa é menor que a de Pedro, sobe por uma rampa e Pedro sobe por uma escada. Se ambos gastam o mesmo tempo para subir do primeiro ao segundo andar, na transformação de energia química em potencial gravitacional, desconsiderando suas perdas, pode-se afirmar que:

• A) a potência de Mariana é maior que a de Pedro.
• B) os trabalhos realizados por Mariana e Pedro são iguais.
• C) a energia química transformada por Pedro é maior que a de Mariana.
• D) a energia potencial gravitacional final de Mariana e Pedro são iguais.

Vamos analisar cada uma das opções:

A primeira opção, A) a potência de Mariana é maior que a de Pedro, não é verdadeira. A potência é a razão entre o trabalho realizado e o tempo gasto. Como ambos gastam o mesmo tempo, a potência será diretamente proporcional ao trabalho realizado. E como Mariana sobe por uma rampa, seu trabalho é menor do que o de Pedro, que sobe por uma escada.

A segunda opção, B) os trabalhos realizados por Mariana e Pedro são iguais, também não é verdadeira. Como Mariana sobe por uma rampa, o trabalho realizado por ela é menor do que o de Pedro, que sobe por uma escada.

A terceira opção, C) a energia química transformada por Pedro é maior que a de Mariana, é a resposta correta. Isso porque Pedro precisa transformar mais energia química em energia potencial gravitacional para subir a mesma distância que Mariana, já que ele tem mais massa.

A quarta opção, D) a energia potencial gravitacional final de Mariana e Pedro são iguais, não é verdadeira. Embora a energia potencial gravitacional seja a mesma para ambos, pois eles alcançam o mesmo andar, a energia química transformada é diferente.

Portanto, a resposta correta é a opção C) a energia química transformada por Pedro é maior que a de Mariana.

Essa questão é um exemplo de como a física pode ser aplicada em situações cotidianas. A compreensão da transformação de energia química em energia potencial gravitacional é fundamental para entender como os seres vivos se movem e como os objetos se deslocam.

Além disso, essa questão também destaca a importância de considerar as variáveis envolvidas em um problema. No caso, a massa dos objetos em movimento e o tipo de trajetória que eles seguem.

Essas são apenas algumas das razões pelas quais a física é uma ciência tão fascinante e importante. Ela nos permite entender o mundo ao nosso redor e resolver problemas que parecem complexos.

Uma força de 10N atua sobre um corpo ao longo de 5 segundos, arrastando-o por 1m. A potência mecânica média aplicada nesse processo vale:

• A)0,5 W
• B)1,0 W
• C)1,5 W
• D)2,0 W

Para encontrar a resposta certa, precisamos primeiro calcular a energia mecânica total transferida para o corpo. Isso pode ser feito multiplicando a força pela distância percorrida:

E = F × d = 10 N × 1 m = 10 J

Agora, para encontrar a potência média, precisamos dividir a energia total pela duração do processo:

P = E ÷ t = 10 J ÷ 5 s = 2 W

Portanto, a resposta correta é a opção D) 2,0 W.

É importante notar que a potência é uma grandeza escalonada, ou seja, depende da escolha do sistema de unidades. No Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade de potência é o watt (W), que é igual a um joule por segundo (J/s).

Além disso, é fundamental lembrar que a potência média é uma grandeza que varia ao longo do tempo. Em um processo real, a potência pode variar de acordo com a força aplicada, a distância percorrida e a duração do processo.

No entanto, em problemas como esse, onde a força é constante e a distância é conhecida, podemos calcular a potência média com facilidade, como fizemos acima.

Em resumo, a potência média é uma ferramenta importante para analisar processos físicos que envolvem transferência de energia, e é fundamental entender como calculá-la corretamente para resolver problemas como esse.

Para resolver esse problema, vamos calcular a potência teórica de cada unidade geradora. Para isso, precisamos conhecer a fórmula da potência hidrelétrica:

P = (ρ * g * Q * h) / η

onde:

• P é a potência teórica em watts (W)
• ρ é a densidade da água (1 000 kg/m³)
• g é a aceleração da gravidade (10 m/s²)
• Q é a vazão nominal (690 m³/s)
• h é a altura da massa de água represada (118,4 m)
• η é o rendimento da usina (não é fornecido, mas podemos considerá-lo como 1 para simplificar o cálculo)

Substituindo os valores, temos:

P = (1 000 kg/m³ * 10 m/s² * 690 m³/s * 118,4 m) / 1

P ≈ 81 696 000 W

Convertendo para megawatts (MW), temos:

P ≈ 81,696 MW

Como a potência total instalada em cada unidade geradora é de 14 000 MW / 20 unidades = 700 MW por unidade, a potência não aproveitada é:

P_não_aproveitada = P_teórica - P_instalada

P_não_aproveitada = 81,696 MW - 700 MW

P_não_aproveitada ≈ 116,96 MW

Portanto, a resposta certa é a opção C) 116,96 MW.