Trabalho e Energia – Física com o BF

Lista com gabarito em vídeo

Querido, segue uma lista desse assunto. O gabarito encontra-se no fim do texto, além dos links com as resoluções que eu mesmo fiz em vídeo para vocês!

1. Três corpos idênticos de massa m deslocam-se entre dois moveis como mostra a figura: A – caindo livremente; B – deslizando através de um tobogã e C – descendo uma rampa, sendo, em todos movimentos desprezíveis as forças dissipativas. Com relação ao trabalho (W) realizado pela força-peso dos corpos, pode-se afirmar que:

a) W_c > W_b> W_a
b) W_c > W_b = W_a
c) W_c = W_b > W_a
d) W_c = W_b = W_a
e) W_c < W_b > W_a

2. Um homem usa uma bomba manual para extrair água de um poço subterrâneo a 60 m de profundidade. Calcule o volume de água, em litros, que ele conseguirá bombear, caso trabalhe com potência constante de 50 W durante 10 minutos. Despreze todas as perdas e adote g = 10 m/s².

3. Um operário pode elevar um bloco de massa m de duas maneiras, fazendo-o subir verticalmente (figura 1) ou fazendo-o subir num plano inclinado (figura 2). Considere os fios ideais e os atritos desprezíveis. Supondo que em ambos os casos o bloco sobe em movimento retilíneo e uniforme.

Compare os trabalhos W₁ e W₂ que o homem realiza nas situações ilustradas nas figuras 1 e 2, respectivamente, para elevar o bloco de uma mesma altura h, e verifique se W₁> W₂, W₁ = W₂ ou W₁< W₂. Justifique a sua resposta.

4. O gráfico a seguir mostra a variação da intensidade de uma das forças que agem numa partícula, em função de sua posição sobre uma reta orientada. A força é paralela à reta. Sabendo que a partícula tem movimento uniforme com velocidade de 4,0 m/s, calcule, para os 20 m de deslocamento descritos no gráfico:

a) o trabalho da força;
b) sua potência média.

5. Um bloco de 4,5 kg de massa é abandonado em repouso num plano inclinado. O coeficiente de atrito entre o bloco e o plano é 0,50. Adote g = 10 m/s².

Calcule os trabalhos da força peso e da força de atrito no percurso do bloco, de A até B. Dados: AC = 3m e BC = 4 m.

6. A potência desenvolvida por um certo carro vale, no máximo 48KW. Suponha que este carro esteja se deslocando numa estrada plana, retilínea e horizontal em alta velocidade. Nestas condições, o modulo da resultante das forças de resistência que se opõem ao movimento é dado pela expressão empírica: ⏐F_r⏐= kv², onde K= 0,75Kg/m e v é a velocidade do carro. Calcule a velocidade máxima que este carro consegue atingir.

7. (Uerj) Um carro, em um trecho retilíneo da estrada na qual trafegava, colidiu frontalmente com um poste. O motorista informou um determinado valor para a velocidade de seu veículo no momento do acidente. O perito de uma seguradora apurou, no entanto, que a velocidade correspondia a exatamente o dobro do valor informado pelo motorista.

Considere Ec₁ a energia cinética do veículo calculada com a velocidade informada pelo motorista e Ec₂ aquela calculada com o valor apurado pelo perito.

A razão Ec₁ / Ec₂ corresponde a:

a) 1/2
b) 1/4
c) 1
d) 2

8. (G1 – cftmg) Três esferas de mesma massa são lançadas de uma mesma altura e com velocidades iguais a como mostrado a seguir.

Considerando-se o princípio da conservação da energia e desprezando-se a resistência do ar, as energias cinéticas das esferas, ao chegarem ao solo, obedecem à relação

a) EA > EB = EC.
b) EA = EB = EC.
c) EA > EB > EC.
d) EA < EB > EC.

9. (G1 – cps) Um atrativo da cidade de Santos é subir de bondinho até o topo do Monte Serrat, que se localiza a aproximadamente 150 m do nível do mar. O funicular é um sistema engenhoso de transporte de pessoas que liga dois bondinhos idênticos por meio de um único cabo, fazendo com que o peso do bonde que desce o monte auxilie a subida do outro bonde. Nesse sistema, se os atritos forem desprezíveis, o esforço da máquina que movimenta o cabo se resumirá apenas ao esforço de transportar passageiros.

Considere que, em uma viagem,

– os passageiros no bonde, que se encontra no alto do monte, somam a massa de 600 kg;
– os passageiros no bonde, que se encontra ao pé do monte, somam a massa de 1 000 kg;
– a aceleração da gravidade tem valor 10 m/s²;
– cada bonde se move com velocidade constante.

Conclui-se corretamente que a energia empregada pelo motor, que movimenta o sistema funicular para levar os passageiros a seus destinos, deve ser, em joules,

a) 40 000.
b) 150 000.
c) 600 000.
d) 900 000.
e) 1 000 000.

10. (Fuvest 2014) Em uma competição de salto em distância, um atleta de 70 kg tem, imediatamente antes do salto, uma velocidade na direção horizontal de módulo 10 m/s. Ao saltar, o atleta usa seus músculos para empurrar o chão na direção vertical, produzindo uma energia de 500 J, sendo 70% desse valor na forma de energia cinética. Imediatamente após se separar do chão, o módulo da velocidade do atleta é mais próximo de

a) 10,0 m/s
b) 10,5 m/s
c) 12,2 m/s
d) 13,2 m/s
e) 13,8 m/s

11. (Fuvest 2014) Uma pessoa faz, diariamente, uma caminhada de 6 km em uma pista horizontal, consumindo 80 cal a cada metro. Num certo dia, ela fez sua caminhada habitual e, além disso, subiu um morro de 300 m de altura. Essa pessoa faz uma alimentação diária de 2000 kcal, com a qual manteria seu peso, se não fizesse exercícios.

Com base nessas informações, determine:

a) a percentagem P da energia química proveniente dos alimentos ingeridos em um dia por essa pessoa, equivalente à energia consumida na caminhada de 6 km;

b) a quantidade C de calorias equivalente à variação de energia potencial dessa pessoa entre a base e o topo do morro, se sua massa for 80 kg;

Note e adote: A aceleração da gravidade local é igual a 10 m/s².
1 cal = 4 J. 9 kcal são produzidas com a queima de 1 g de gordura.

12. (Unicamp 2013) Um aerogerador, que converte energia eólica em elétrica, tem uma hélice como a representada na figura abaixo. A massa do sistema que gira é M = 50 toneladas, e a distância do eixo ao ponto P, chamada de raio de giração, é R = 10 m.

A energia cinética do gerador com a hélice em movimento é dada por E = (1/2) MV_P²_, sendo V_P o módulo da velocidade do ponto P. Se o período de rotação da hélice é igual a 2 s, qual é a energia cinética do gerador? Considere π = 3.

a) 6,250.10⁵ J
b) 2,250.10⁷ J
c) 5,625.10⁷ J
d) 9,000.10⁷ J

13. Um físico descansa à sombra de uma macieira. Em certo instante, uma maçã desprende-se da árvore e cai sobre a sua cabeça. O físico que viu a maçã antes de cair avaliou que esta atingiu sua cabeça com velocidade de 6 m/s e uma energia cinética de 2,0 joules. Portanto, na avaliação do físico, a altura da queda (em metros) e a massa da maçã (em quilogramas) valiam, respectivamente, cerca de:

a) 0,6 e 1,8
b) 0,9 e 1,2
c) 1,2 e 0,66
d) 1,5 e 0,25
e) 1,8 e 0,11

14. Três blocos de pequenas dimensões são abandonados (sem velocidade inicial) a uma mesma altura H do solo. O bloco 1 cai verticalmente e chega ao solo com uma velocidade de módulo igual a v₁. O bloco 2 desce uma ladeira inclinada em relação à horizontal e chega ao solo com uma velocidade de módulo igual a v₂. O bloco 3 desce um trilho vertical, cujo perfil está mostrado na figura abaixo, e chega ao solo com uma velocidade de módulo igual a v₃.

Supondo-se os atritos desprezíveis e comparando-se v₁, v₂ e v₃, pode-se afirmar que:

a) v₁ > v₂ > v₃
b) v₁ = v₂ =v₃
c) v₁ > v₂ = v₃
d) v₁ < v₂ <v₃

15. A figura abaixo mostra uma mola ideal, comprimida por um carrinho de massa 3kg e um trilho retilíneo horizontal, que apresenta um seguimento curvilíneo contido em um plano vertical. O trecho assinalado ABC é um arco de círculo de raio 1,0m e centro no ponto O. A constante elástica da mola vale 8,0 x 10² N/m. A mola é então liberada o carrinho sobe o declive passando pelo ponto mais alto B com velocidade de módulo igual a 2m/s. Considerando desprezíveis todos os atritos, calcule:

a) a compressão inicial da mola.
b) a intensidade da força exercida pelo carrinho sobre o trilho no ponto B.

16. Um corpo de 1,0 kg de massa cai livremente da altura y = 6,0 m sobre uma mola de massa desprezível e eixo vertical, de constante elástica igual a 1,0 . 10² N/m.

Adotando g = 10 m/s² e desprezando todas as dissipações de energia mecânica, calcule a máxima deformação x da mola.

17. A mola da figura abaixo possui uma constante elástica k = 280 N/m e está inicialmente comprimida de 10 cm:

Uma bola com massa de 20 g encontra-se encostada na mola no instante em que esta é abandonada. Considerando g = 10 m/s² e que todas as superfícies são perfeitamente lisas, determine:

a) o valor da velocidade da bola no ponto D;
b) o valor da força que o trilho exerce na bola no ponto D;

18. O fabricante de cerveja e físico amador James Joule estimou, em meados do séc. XIX, a diferença entre a temperatura da água no sopé e no topo das Cataratas de Niágara.

A fim de fazer uma estimativa similar para uma das quedas de Iguaçú, com altura de 84m, considere que o módulo da velocidade com que a água corre no sopé, após a queda, é igual ao modulo da velocidade com que a água corre no topo, antes de iniciar a queda. Considere também que toda energia mecânica perdida pela água é reabsorvida na forma de calor, o que provoca seu aquecimento. Calcule a diferença entre a temperatura da água no sopé e no topo dessa queda (O calor específico da água é 1,0 cal/g^oC e 1,0 cal = 4,2 J).

GABARITO

1. D
https://youtu.be/JluEnsq9ri8

2. 50 litros
https://youtu.be/Qavhnj2-1P4

3. igual
https://youtu.be/KSy1OiWS8TM

4. a) 550 J; b) – 90 J
https://youtu.be/8XyLwOcufX0

5. 135 J; -90 J
https://youtu.be/Xz7LKzt8th8

6. 40 m/s
https://youtu.be/8RV9_091V0w

7. B
https://youtu.be/YWnXpRYryIE

8. B
https://youtu.be/K6lPPQW3gmg

9. C
https://youtu.be/73H-y63dpG0

10. B
https://youtu.be/SkLTnRZIV-w

11. a) 24% b) 6.10⁴ cal
https://youtu.be/f5_ZlQZqIN8