6 exemplos de questões sobre energia mecânica
Teorema do trabalho mecânico-energia
1. Observe a seguinte imagem do deslocamento do bloco! Considere g = 10 m/ s² . Se o coeficiente de atrito cinético entre o bloco e o chão for μk = 0,5, então o valor do deslocamento do objeto (s) é...
A. 5,00 m
B. 4,25 m
C. 3,00 m
D. 2,50 m
E. 2,00 m
Discussão
Sabe-se que :
Coeficiente de atrito cinético ( μk ) = 0,5
Massa do bloco (m) = 4 kg
Aceleração devido à gravidade (g) = 10 m/ s²
Peso do bloco (w) = mg = (4)(10) = 40 Newton
Se o bloco estiver em uma superfície plana, então a força normal (N) = peso (w) = 40 Newtons.
Velocidade inicial (v 1 ) = 5 m/s
Velocidade final (v 2 ) = 0 m/s
Pergunta : deslocamento de objeto(s)?
Responder :
O teorema trabalho-energia mecânica afirma que o trabalho (W) realizado por uma força não conservativa é igual à variação da energia mecânica do objeto, ou seja, a energia mecânica final (EM₂ ) menos a energia mecânica inicial (EM₁ ) . O atrito cinético é uma força não conservativa e a única força não conservativa que atua sobre o bloco é a força de atrito cinético.
W = Δ EM
f k s = EM 2 – EM 1
Trabalho realizado pela força de atrito cinético:
W = f k s = ( μ k )(N)(s) = (0,5)(40)(s) = 20 s
Alterações na energia mecânica:
Δ EM = EM 2 – EM 1 = (EK + EP) 2 – (EK + EP) 1
Um objeto se move sobre uma superfície plana e não sofre alteração na altura ( Δh = 0), portanto não há alteração na energia potencial gravitacional ( ΔEP = EP₂ – EP₁ = 0). Assim, as alterações na energia mecânica envolvem apenas alterações na energia cinética.
Δ EM = EK 2 – EK 1 = ½ mv 2 2 – ½ mv 1 2 = ½ m (v 2 2 – v 1 2 )
ΔEM = ½ (4)(0 2 – 5 2 ) = (2)(25) = 50
O deslocamento do bloco é:
W = Δ EM
20 s = 50
s = 50 / 20 = 2,5 metros
A resposta correta é D.
Lei da conservação da energia mecânica
2. Os objetos A e B têm a mesma massa. O objeto A cai de uma altura de h metros e o objeto B cai de 2h metros. Se A atinge o solo com uma velocidade de v m/s, então o objeto B atingirá o solo com uma energia cinética de…
A. 2 mv 2
B. mv 2
C. 3/4 mv 2
D. 1/2 mv 2
E. 1/4 mv 2
Discussão
A velocidade final do objeto B, que cai livremente de uma altura de 2h, é:
v 2 = 2 g (2h) = 4 gh
A energia cinética do objeto B é:
EK B = ½ mv 2 = ½ m (4 gh) = 2 mgh —– Equação 1
A energia mecânica inicial do objeto B é a energia potencial gravitacional = mg h. A energia mecânica final do objeto B é a energia cinética = ½ mv².
Lei da conservação da energia mecânica :
mgh = ½ mv 2.
Como mgh = ½ mv 2 então podemos substituir mgh na equação 1 por ½ mv 2.
Energia cinética do objeto B = 2 mgh = 2(½ mv² ) = mv²
A resposta correta é B.
3. Observe a figura abaixo! Um objeto cai livremente de uma altura de 20 m. Se a aceleração da gravidade é de 10 m/s², então a velocidade do objeto quando ele estiver a 15 m do solo é…
A. 2 m/s
B. 5 m/s
C. 10 m/s
D. 15 m/s
E. 20 m/s
Discussão
Energia mecânica final = energia mecânica inicial
A energia cinética do objeto no ponto 2 é igual à redução da energia potencial gravitacional em 5 metros.
½ mv² = mgh
½ v 2 = (10)(20-15)
½ v 2 = (10)(5)
½ v 2 = 50
v 2 = (2)(50)
v 2 = 100
v = 10 m / s
A resposta correta é C.
4. Um bloco é mantido no topo de um plano inclinado, como mostrado na figura. Ao ser solto, o bloco desliza sem atrito ao longo do plano inclinado. A velocidade do bloco ao atingir a base do plano inclinado é…
B. 8 ms -1
C. 10 ms -1
D. 12 ms -1
E. 16 ms -1
Discussão
Energia mecânica inicial = energia potencial gravitacional = mgh = m (10)(5) = 50 m
Energia mecânica final = energia cinética = 1/2 mv²
A lei da conservação da energia mecânica afirma que a energia mecânica inicial é igual à energia mecânica final.
EM o = EM t
50 m = 1/2 mv²
50 = 1/2 v 2
2 (50) = v 2
100 = v 2
v = 10 m / s
A resposta correta é C.
5. Um bloco com massa m kg é solto de uma altura h metros acima do solo, como mostrado na figura. A razão entre a energia potencial (EP) e a energia cinética (EK) quando o bloco está no ponto M é...
A. 1 : 3 
B. 1 : 2
C. 2 : 1
D. 2 : 5
E. 3 : 7
Discussão
Energia potencial gravitacional no ponto M:
EP M = mg (0,3 h)
Energia cinética no ponto M = redução da energia potencial gravitacional por h - 0,3h = 0,7h
EK M = EP = mg (0,7 h)
A razão entre a energia potencial gravitacional e a energia cinética no ponto M é:
EP M : EK M
mg (0,3 h) : mg (0,7 h)
0,3: 0,7
3: 7
A resposta correta é E.
6. Observe a imagem do objeto A caindo livremente do ponto P abaixo!
Se EP Q e EK Q são a energia potencial e a energia cinética no ponto Q, respectivamente (g = 10 m/s 2 ), então EP Q : EK Q é….
A. 16 : 9
B. 9 : 16
C. 3 : 2
D. 2 : 3
E. 2 : 1
Discussão
Energia potencial gravitacional no ponto Q:
EP Q = mgh = (m)(10)(1,8) = 18 m
Energia cinética no ponto Q = redução da energia potencial gravitacional por 5 - 1,8 = 3,2 metros
EK Q = EP = mgh = m (10)(3,2) = 32 m
A razão entre a energia potencial gravitacional e a energia cinética no ponto Q é:
EP Q : EK Q
18 m : 32 m
18: 32
9: 16
Fonte da pergunta:
Questões de Física para o Exame Nacional do Ensino Médio/Ensino Técnico
