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NOÇÕES DE FÍSICA TRABALHO, POTÊNCIA, ENERGIA CINÉTICA, ENERGIA POTENCIA, ATRITO Livro Eletrônico HÉRICO AVOHAI Graduado em Física pela UNB e pós-graduado em Criminalística. É professor de Física, Mate- mática, Raciocínio Lógico e Criminalística, tendo começado a lecionar em 2000, tanto para o ní- vel médio quanto para cursos preparatórios para concursos. Foi aprovado em diversos concursos. Desde 2010 é Perito Criminal da Polícia Científi- ca do Estado de Goiás e atualmente está à dis- posição da Força Nacional de Segurança Pública. 3 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br SUMÁRIO Trabalho, Potência, Energia Cinética .............................................................4 e Energia Potencial .....................................................................................4 Apresentação .............................................................................................4 1. Trabalho ................................................................................................5 Trabalho de uma Força Variável (Gráfico) .......................................................6 Trabalho Total (Resultante) ..........................................................................7 Trabalho da Força Peso ................................................................................8 Trabalho da Força Elástica ..........................................................................11 2. Potência ..............................................................................................12 Relação entre Potência e Velocidade ............................................................14 3. Energia ...............................................................................................18 4. Energia Cinética ...................................................................................18 5. Energia Potencial ..................................................................................20 Energia Potencial Gravitacional ...................................................................20 Energia Potencial Elástica ..........................................................................21 Questões de Concurso ...............................................................................24 Gabarito ..................................................................................................37 Gabarito Comentado .................................................................................38 http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 4 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br TRABALHO, POTÊNCIA, ENERGIA CINÉTICA E ENERGIA POTENCIAL Hérico Avohai é graduado em Física pela UnB e pós-graduado em Criminalística. É professor de Física, Matemática, Raciocínio Lógico e Criminalística, tendo come- çado a lecionar em 2000, tanto para o nível médio quanto para cursos prepara- tórios para concursos. Foi aprovado em diversos concursos. Desde 2010, é Perito Criminal da Polícia Científica do Estado de Goiás e atualmente está à disposição da Força Nacional de Segurança Pública. Apresentação Oi, futuro(a) servidor(a) público(a), tudo bem? Espero que sim. Não deixe de entrar em contato para tirar as suas dúvidas. Saiba que não existem perguntas “bestas”! Para mim, perguntas “bestas” são aquelas que não são feitas! Já pensou se cai justamente aquilo que você não perguntou? Então, deixe de coisa e tire todas as suas dúvidas. A próxima aula será sobre Trabalho e Energia, você notará que a grande maioria das questões é feita por esses conceitos. Ao final, você estará apto(a) a resolver as questões sobre Trabalho, Potência, Energia Cinética e Potencial. Vamos nessa!? http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 5 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br 1. Trabalho É uma grandeza física do tipo escalar, que mede a transferência de energia de- vido à ação de uma força. Uma força realiza trabalho quando desloca um corpo. A unidade no Sistema Internacional é o J (Joule) e a letra grega τ (Tau) é a que o representa. O Trabalho será dado por: Em que F é a força aplicada, d é o deslocamento e θ é o ângulo entre os vetores força e deslocamento. Exemplo 1: uma força horizontal e para direita de 10 N é aplicada em um corpo de massa m. Qual o trabalho realizado por ela se o deslocamento do corpo foi de 5 m, horizontal e para direita? Exemplo simples, só para aquecer os neurônios. Note que a Força e o deslocamento possuem a mesma direção e o mesmo sentido, logo o ângulo entre eles é 0º. Substituindo os valores na equação do trabalho: http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 6 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Só isso mesmo! E já caiu desse jeito. Existem três tipos de trabalho, o motor, o resistente e o nulo. Quando o ângulo entre a força e o deslocamento for: • , o trabalho será MOTOR e POSITIVO; • , o trabalho será RESISTENTE e NEGATIVO; • , o trabalho será NULO. Trabalho de uma Força Variável (Gráfico) A área do gráfico força em função do deslocamento será numericamente igual ao Trabalho realizado pela Força. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 7 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Exemplo 2: considere o gráfico abaixo e que a Força variável aplicada no móvel seja aplicada na mesma direção e no mesmo sentido do desloca- mento. Qual é o trabalho realizado por ela durante o deslocamento de 5 m? Acabamos de ver que o Trabalho realizado por uma Força é numericamente igual à área do gráfico. Observe que a figura do gráfico é um trapézio “deitado”, portanto, Trabalho Total (Resultante) Por ser uma grandeza escalar, o Trabalho Total, diferentemente da Soma Veto- rial, será a soma escalar dos Trabalhos do sistema. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 8 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Então, PRF! Você só deve se preocupar com os sinais do Trabalho. Quando ele for MOTOR, Trabalho positivo e, se for RESISTENTE, negativo. Trabalho da Força Peso Considere um corpo de massa m a uma altura h, qual será a equação do Traba- lho da Força Peso? Qual é a força resultante que atua nesse corpo? Muito bem! É a Força Peso. O deslocamento será a altura h e o ângulo formado pelos vetores Força Peso e Deslocamento será 0º, portanto, http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 9 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Essa é a equação do Trabalho da Força Peso e você a utilizará muito. “Professor, essa equação não é a da Energia Potencial Gravitacional?” Que bom que lembrou! Show de bola, mas veremos essa Energia mais para frente. Ok? Vamos resolver a uma questão de concurso. 1. (CESPE/PROFESSOR/SEDUC-CE/2009) Alexandre Abi-Ackel. O carro de boi. O trabalho, em joule, realizado por um agricultor para transportar um balaio de 10 kg, do solo até o piso do carro de boi localizado a 100 cm acima do solo, sob a ação da aceleração da gravidade g = 10 m/s2, é igual a a) 10. b) 102. c) 103. d) 104. Letra b. O Trabalho realizado pelo agricultor será igual ao trabalho da Força Peso do balaio. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 10 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência,Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br DADOS m = 10 kg h = 100 cm = 1 m O Trabalho da Força Peso é dado por: Substituindo os valores Questão nível “molezinha”, hein!? Não pode errar de jeito maneira! Considere as três situações abaixo, se todos os três corpos de massa “m” são largados da mesma altura h, qual é a relação entre os trabalhos realizados pela Força Peso em cada configuração? Se você observar a equação do Trabalho da Força Peso, notará que ele só de- pende da massa e da altura. Como a altura é a mesma e a massa também, podemos dizer que: http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 11 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br E outra, as velocidades finais (nas bases) também serão as mesmas. Tudo isso porque os Trabalhos são iguais. Trabalho da Força Elástica O Trabalho da Força Elástica é aquele realizado por uma mola, elástico etc. Será dado por: Em que k é a constante elástica da mola e x, a deformação. 2. (CESGRANRIO/ENGENHEIRO/PETROBRAS/2012) Uma mola, sem massa, de constante k = 5.000 N/m é comprimida a partir do repouso por uma distância x = 2,0 cm. O trabalho, em J, realizado sobre a mola, durante a compressão, é a) 5.000 b) 10 c) 1,0 d) 0,20 e) 0,020: http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 12 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Letra c. Dados: k = 5000 N/m x = 2,0 cm = 0,02 m Questão de pura aplicação da fórmula 2. Potência Todo mundo tem uma ideia do que seja potência, por exemplo, quando você vai comprar um aparelho eletrodoméstico ou um veículo, você poderá escolher pela potência do produto. Potência, nada mais é do que o tempo que uma força leva para realizar Trabalho e é dada por, É uma grandeza escalar e a unidade no S.I é o W (Watt) = J/s. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 13 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Temos, ainda, outras unidades utilizadas nas questões de Potência, são elas: • 1cv (1 cavalo-vapor) = 735W • 1HP (1 horse-power) = 746W Exemplo 3: um homem de massa 75 kg sobe uma escada com 15 degraus em 10 s. Cada degrau possui 20 cm de altura e 30 cm de comprimento, dada a aceleração da gravidade igual a 10m/s2, determine: a) O trabalho da Força Peso do homem ao subir a escada. b) A potência média do peso do homem. Dados mH = 75 kg 15 degraus Cada degrau tem 20 cm de altura e 30 cm comprimento Então, a altura total da escada é 20cm x 15 degraus = 300cm = 3 m ∆t = 10 s a) O trabalho da Força Peso do homem ao subir a escada. O trabalho da Força Peso é dado por Substituindo os valores, http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 14 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br b) A potência média do peso do homem. A potência é dada Substituindo os valores, Relação entre Potência e Velocidade Substitua o valor do Trabalho na Fórmula da Potência, considerando que a força e o deslocamento tenham a mesma direção e o mesmo sentido. Você lembra o que é a relação d/∆t? Isso mesmo, é a velocidade média. Portanto, a Potência pode ser dada por: http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 15 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Dá uma olha nesta questão de concurso. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 16 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br 3. (EEAR/CONTROLADOR/AERONÁUTICA/2014) O desenho a seguir representa as forças que atuam em uma aeronave de 100 toneladas (combustível + passageiros + carga + avião) durante sua subida mantendo uma velocidade com módulo cons- tante e igual a 1080 km/h e com um ângulo igual a 30º em relação à horizontal. Para manter essa velocidade e esse ângulo de subida, a potência gerada pela força de tração produzida pelo motor deve ser igual a ____ 106 watts. Considere a) 300√3 b) 150√3 c) 300 d) 150 Letra d. DADOS: m = 100 t x 1000 = 100.000 kg P = m.g = 100000.10 = 1000000 N = 106 N http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 17 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br v = 1080 km/h = 300 m/s (constante) Fr = 0 Temos que decompor a Força Peso (Opa, isso você já sabe!), depois igualar as for- ças, pois Fr = 0. Decompondo a Força Peso, Temos que Py é cateto adjacente ao ângulo θ e Px é cateto oposto, ou seja, Observando o diagrama de forças, podemos cancelar S com Py, logo S = Py. Na direção x, a força resultante do sistema será Fr = 0, pois a velocidade é cons- tante e a questão diz que R = 0. Logo, aplicando a 2ª Lei de Newton, http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 18 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Calculando a Potência da Força de Tração, temos: Colocando na base 106 3. Energia Dentre tantas definições de Energia, a que considero importante para nossa prova é a que “Energia é a capacidade de produzir trabalho ou ainda colocar um corpo em movimento.” Existem vários tipos de energia: • energia eólica: é a produzida pelos ventos; • energia elétrica: é a produzida pela diferença de potencial elétrico; • energia sonora: é a produzida pelo som; • energia térmica: é a produzida devido à diferença de temperatura entre dois corpos. Por hora, as mais importantes serão a Energia Cinética e a Energia Potencial. A unidade no SI é o J (Joule). 4. Energia Cinética Agora o “negócio” começa a melhorar! PRF, Energia Cinética é aquela relaciona- da ao movimento de um corpo. O próprio nome a define, beleza? http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 19 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Podemos calcular a Energia Cinética pela seguinte fórmula, Em que m é a massa e v é a velocidade. Observe que ela é diretamente proporcional à massa e ao quadrado da velocidade. Exemplo 5: um objeto de massa 500 g possui energia cinética de 2 kJ. Determine a velocidade desse objeto em m/s. Dado: adote √10 = 3,16 a) 63,2 b) 89,4 c) 62,8 d) 36,6 e) 31,6 Letra b. DADOS m = 500 g = 0,5 kg (tem que transformar para a unidade no SI) Ec = 2 kJ = 2000 J Substituindo na equação da Energia Cinética, http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 20 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br 5. Energia Potencial Existem dois tipos de Energia Potencial. A Energia Potencial Gravitacional é aquela relacionada à altura e a Energia Po- tencial Elástica é aquela relacionada à energia armazenada numa mola. Energia Potencial Gravitacional Considere um corpo de massa m à altura h. Esse corpo de massa m possui Energia Potencial Gravitacional armazenada em relação ao piso? SIM! A Energia Potencial Gravitacional também depende de um referencial (como todo movimento), Ela será dada por Em que m é a massa, g é a aceleração da gravidade local e h é a altura. Viu aí? “Igualzim” à fórmula do Trabalho. Exemplo 6: um vaso de 2,0kg está pendurado a 1,2m de altura de uma mesa de 0,4m de altura. Sendo g= 10m/s², determine a energia potencial gravitacional do vaso em relação à mesa e ao solo. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 21 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br DADOS m = 2 kg h(até a mesa) = 1,2 m h da mesa = 0,4 m hTOTAL = 1,6 m Calculando a Energia Potencial Gravitacional em relação à mesa: Agora, a Energia Potencial Gravitacional em relação ao piso: Portanto, teremos sempre que saber qual é o referencial para encontrar a Energia Potencial Gravitacional. Energia Potencial Elástica Como já falado, a Energia Potencial Elástica é aquela armazenada numa mola comprimida ou estendida. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 22 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Ela será dada por Em que k é a constante elástica da mola e x é a deformação. O Trabalho da Força Elástica também será calculado pela fórmula anterior, pois vimos que, pela definição Trabalho, é uma forma de energia. Você tem que lembrar que a Força Elástica é restauradora, portanto o Trabalho é resistente τ < 0 (negativo). 4. (FCC) Uma mola elástica ideal, submetida a ação de uma força de intensidade F = 10N, está deformada de 2,0 cm. A energia elástica armazenada na mola é de: a) 0,10 J b) 0,20 J c) 0,50 J d) 1,0 J e) 2,0 J Letra a. DADOS: F = 10 N x = 2,0 cm = 0,02 m Temos que encontrar a constante elástica da mola e, em seguida, calcular a Energia Potencial Elástica armazenada. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 23 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Aplicando a Lei de Hooke E a Energia Potencial Elástica é dada por: Falamos de definições importantes que são a base da próxima aula. Espero que esteja acompanhando e conseguindo resolver as questões propostas. Fique com as questões de concurso. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 24 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br QUESTÕES DE CONCURSO 1. (CESGRANRIO/VENDAS/LIQUIGÁS/2017) Um móvel de massa m deve ser movi- mentado sobre uma superfície lisa de um ponto P a um ponto Q. As opções existen- tes são empurrar ou puxar o móvel com uma força sempre de mesma intensidade, e deve-se escolher a forma como a força deve ser aplicada sobre ele para que o trabalho realizado pela força seja o maior possível. Dentre as diversas formas possíveis de aplicar a força, qual corresponde ao maior trabalho no deslocamento entre P e Q? a) b) c) http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 25 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br d) e) 2. (CEBRASPE/BOMBEIROS/CBM-PA/2003) O conceito de trabalho em Física é di- ferente daquele que se usa no dia a dia. Ele deve envolver uma força aplicada e um deslocamento devido à ação dessa força. Assim, uma secretária em sua mesa, atendendo ao telefone, anotando informações em sua agenda, não está, neces- sariamente, realizando trabalho do ponto de vista da Física. Por outro lado, um pedreiro que leva telhas para cima do telhado está exercendo força em uma certa distância e, do ponto de vista da Física, está trabalhando. Acerca desse assunto, julgue os itens que se seguem. ( ) Uma força resultante nula não realiza trabalho, mesmo havendo deslocamento do corpo sobre o qual atua. ( ) Sempre que se faz força, está havendo realização de trabalho. 3. (CESPE/PROFESSOR/SEMUC-AM/2011) Nas figuras I e II a seguir, são apresen- tadas duas aplicações das leis da física relacionadas ao movimento de um objeto sobre uma superfície com atrito. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 26 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Considerando a situação representada nas figuras I e II e as leis de Newton, julgue os itens que se seguem. ( ) O módulo da força normal é maior na situação mostrada na figura I que na mos- trada na figura II. ( ) Na situação representada na figura II, a força normal, em módulo, é maior que a força peso. ( ) A força de atrito é maior na situação mostrada na figura I que na mostrada na figura II. ( ) A força de atrito realiza trabalho unicamente na situação II. 4. (CESGRANRIO/OPERADOR/SUAPE/2011) Um bloco é puxado por uma força de módulo igual a 60 N e que forma um ângulo de 60º com a direção do movimento. Considerando-se que o atrito entre o bloco e o solo seja desprezível, e que não haja resistência do ar, qual o trabalho, em joules, realizado pela força num deslocamen- to total de 20 metros, ao longo do plano horizontal? Dados: sen 60º = 0,9 cos 60º = 0,5 a) 6 b) 60 c) 160 http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 27 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br d) 600 e) 6.000 5. (FUNRIO/OFICIAL/CBM-GO/2016) Ao escutar a sirene de emergência, tocando no meio da madrugada, um soldado do corpo de bombeiros, que estava descansan- do no segundo andar do dormitório, levanta da cama e escorrega pelo mastro de 6,00 m de altura. Graças às forças dissipativas sobre o seu corpo, cujo valor médio é 640 N, o jovem soldado de 80,0 kg chega ao solo em segurança, em apenas 2,45 s. O módulo da aceleração da gravidade local é 10,0 m/s2. Considerando que a velocidade inicial de queda do soldado seja nula, a energia dissipada durante o escorregamento pelo mastro vale a) 4.800J. b) 3.840J. c) 2.400J. d) 1.920J. e) 960J. 6. (IDECAN/SOLDADO/CBM-DF/2017) Uma força de intensidade 30N atuando so- bre um corpo apoiado numa superfície horizontal e com direção paralela ao seu deslocamento, num dado instante, passa a apresentar um aumento linear em sua intensidade até atingir 80N. Considere que no intervalo da variação dessa força o corpo sofreu um deslocamento de 9 m e que o atrito do corpo com a superfície pode ser desprezado. O trabalho realizado por essa força no intervalo em que sofreu o aumento na sua intensidade corresponde a: http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 28 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br a) 400J. b) 450J. c) 475J. d) 495J. 7. (IFB/PROFESSOR/IFB/2017) Uma partícula está submetida a uma força dada pela seguinte expressão: F(x) = A.(X – 1), onde F(x) é a força dada em newtons, X é a posição da partícula em metros e A é uma constante. Podemos afirmar que o trabalho realizado por esta força entre as posições X = 0 e X = 6m vale: a) 14.A b) 12.A c) 10.A d) 6.A e) 5.A 8. (CEBRASPE/PROFESSOR/SEDUC-CE/2013) A figura acima representa dois blocos, 1 e 2, com massas m e 2 m, respectivamen- te, que começaram a se movimentar, de uma mesma altura h, a partir do repouso, em planos inclinados. Os coeficientes de atrito dinâmico dos blocos 1 e 2, com rela- ção às superfícies dos planos inclinados, são, respectivamente, iguais a µ1 e µ2. Para http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 29 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br que o trabalho realizado pelas forças de atrito que atuam em cada um dos blocos seja igual, a relação entre os coeficientes de atrito dos blocos deve corresponder a a) μ1= 2μ2. b) μ2= 2μ1. c) μ1= 4μ2. d) μ2= 4μ1.e) μ1= μ2. 9. (CEBRASPE/PROFESSOR/SEDU-ES/2012) Dois paraquedistas saltam em um ponto P de certa altura H, cada um deles descrevendo uma trajetória de queda di- ferente até caírem no solo, conforme ilustrado na figura abaixo. Com base nessas informações e considerando os efeitos da resistência do ar, julgue os itens subsequentes. ( ) Considerando que a força de resistência do ar seja constante, então o módulo do trabalho realizado por essa força é maior na trajetória de queda livre mais longa. ( ) O trabalho realizado pela força peso ao longo de cada uma das trajetórias de queda livre será maior para a trajetória mais curva, independente do valor do peso de cada um dos paraquedistas. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 30 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br 10. (MARINHA/COLÉGIO NAVAL/2016) Em uma construção, um operário utiliza-se de uma roldana e gasta em média 5 segundos para erguer objetos do solo até uma laje, conforme mostra a figura abaixo. Desprezando os atritos e considerando a gravidade local igual a 10m/s2, pode-se afirmar que a potência média e a força feita pelos braços do operário na execução da tarefa foram, respectivamente, iguais a a) 300 W e 300N. b) 300 W e 150N. c) 300 W e 30N. d) 150 W e 300N. e) 150 W e 150N. 11. (IDECAN/SOLDADO/CBM-DF/2017) Um bloco de 50 kg é içado por um motor a uma altura de 15 m num intervalo de 1 minuto em um local onde g = 10 m/s2. O intervalo de tempo gasto por esse mesmo motor para elevar um bloco de 30 kg a uma altura de 20 m é: a) 40 s. b) 45 s. c) 48 s. d) 54 s. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 31 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br 12. Um elevador de 1200 Kg pode elevar uma carga máxima de 800 Kg. Qual é a potência média do motor a ser acoplado neste elevador para que a carga seja ele- vada com uma velocidade de 2,5 m/s? (considere a aceleração da gravidade igual a 10 m/s2). a) 15 kW b) 80 kW c) 50 kW d) 20 kW e) 10 kW 13. (IF-MT/PROFESSOR/IF-MT/2014) Considere que o balanço de energia do corpo humano é constituído de dois componentes: a entrada de energia em função da ingestão de alimentos e a saída de energia na forma de calor. Levando-se em conta que, em média, durante um dia, um humano adulto ingere 2000 kcal de alimentos, a dissipação média de energia equivale a aproximadamente: Considere: 1 cal = 4 J. a) Um chuveiro elétrico doméstico. b) Uma lâmpada elétrica doméstica incandescente. c) Um aparelho de ar condicionado doméstico. d) Uma calculadora eletrônica. 14. (CESGRANRIO/TÉCNICO DE OPERAÇÃO JÚNIOR/INNOVA/2012) Um automóvel é movido por um motor a explosão que trabalha com rendimento de 20%. Qual é, aproximadamente, em kW, a potência calorífica cedida pelo combustível ao motor, quando ele desenvolve uma potência mecânica de 75 kW? a) 15 b) 27 http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 32 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br c) 60 d) 300 e) 375 15. (AFA/OFICIAL/AERONÁUTICA/2009) A figura abaixo representa três formas distintas para um bloco entrar em movimento. Sabe-se que as forças F1, F2 E F3 são constantes e de mesma intensidade. Desprezan- do-se qualquer resistência, pode-se afirmar que, depois de percorrida uma mesma distância, a energia cinética, E1, E2 e E3, adquirida em cada situação, é tal que a) E1 = E2 = E3 b) E1 > E2 = E3 c) E1 < E2 < E3 d) E1 = E2 > E3 16. (CESGRANRIO/OPERADOR/SUAPE/2010) Em um terremoto, como o que ocorreu no Haiti, em janeiro de 2010, a energia liberada chegou a um valor de 8 x 1014J. Considere um automóvel de uma tonelada trafegando a uma velocidade constante de 72 km/h. Quantos automóveis, sob as mesmas condições, são necessários para gerar uma energia cinética equivalente à energia liberada no terremoto citado? a) 3.107 b) 4.109 c) 2.109 http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 33 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br d) 3.1011 e) 4.1012 17. (CEBRASPE/PERITO CRIMINAL/PC-MA/2018) a Figura I, a seguir, ilustra uma colisão ocorrida entre um carro e uma moto parada. A massa total do carro era de 2.000 kg, e o módulo de sua velocidade era igual a Vc. A moto tinha massa igual a 120 kg e era pilotada por um motociclista cuja massa era de 80 kg. Figura I Imediatamente após a colisão, carro e moto permaneceram parados e um quarto da energia cinética do carro foi transferido para o motociclista, que foi arremessado de uma altura de 1 m, a uma velocidade Vm igual 20 m/s. Após a colisão, o mo- tociclista descreveu uma trajetória oblíqua, mostrada na figura II, percorrendo na direção horizontal, até atingir o solo, uma distância igual a D. Sabendo que cos45∘=√2/2 Considere que 10 m/s2 seja o módulo da aceleração da gravidade e despreze a resistência do ar. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 34 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Com base nas informações e nas figuras apresentadas no texto, o módulo da velo- cidade com que o carro atingiu a moto é igual a a) 4,0 m/s. b) 8,0 m/s. c) 16,0 m/s. d) 0,8 m/s. e) 3,2 m/s. 18. (FCM/PROFESSOR/IF-RS/2016) Em uma corrida, um veículo acelera, a partir do repouso até 50 km/h, gastando uma energia E1, vinda do motor. Em seguida, acelera de 50 km/h até 100 km/h, gastando uma energia E2. A ação de forças dis- sipativas devem ser desprezadas. A relação correta entre E1 e E2 é a) E2 = E1 /2. b) E2 = E1. c) E2 = 2.E1. d) E2 = 3.E1. e) E2 = 4.E1. 19. (CESGRANRIO/TÉCNICO DE QUÍMICA JÚNIOR/PETROBRAS/2015) Um carro e uma motocicleta trafegam por uma estrada. A massa do carro é o dobro da mas- sa da motocicleta. Num determinado instante, o carro e a motocicleta possuem a mesma energia cinética. Nesse instante, a razão entre as velocida- des da motocicleta e do carro vale a) 0,5 b) 1 c) 2 http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 35 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br d) 1/√2 e) √2 20. (FCC/OPERADOR/PETROBRAS/2001) Para acionar uma turbina de determinada usina hidrelétrica é necessária uma vazão de água de, aproximadamente, 750 m3 por segundo, através de um duto de queda nominal igual a 100 m. Sabendo-se que a turbina geradora de eletricidade assegura uma potência de 600 000 kW, a perda de energia nesse processo de transformação é da ordem de: DADOS: Densidade da água = 1,0. 103 kg/m3 Aceleração da gravidade = 10 m/s2 a) 10% b) 20% c) 30% d) 40% e) 50% 21. (CESGRANRIO/ENGENHEIRO/TRANSPETRO/2011) Um corpo de massa igual a 9,8 kg se desloca à velocidade constante de 10 m/s. Sua energia cinética é a ener- gia necessária para elevar do nível do solo um corpo de 10 kg de massa até uma altura, medida em metros, de (use g = 9,8 m/s2) a) 1 b) 2 c) 3 d) 4 e) 5 http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 36 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br 22. (FCC/ANALISTA/BAHIAGÁS/2010) Um corpo de massa igual a 10 kg na super- fície da Terra é lançado verticalmente para cima com velocidade inicial de 10 m/s. Considerando nula a resistência do ar, no ponto mais alto, as energias cinética e potencial do corpo, em joule, valem, respectivamente, Parte superior do formulário a) zero e 100. b)500 e 500. c) zero e 500. d) 100 e 500. e) 500 e 200. 23. (FGV/PERITO CRIMINAL/PC-RJ/2008) Uma pequena esfera de massa m está presa à extremidade inferior de uma mola ideal de constante elástica k cujo extre- mo superior está fixo ao teto. Com a mola na vertical, nem distendida e nem com- primida, abandona-se a esfera a partir do repouso. O trabalho realizado pela força elástica da mola desde o instante em que a esfera foi abandonada até o instante em que ela atinge pela primeira vez o repouso (ponto mais baixo de sua trajetória) é a) −2m2g2/k b) +2m2g2/k c) −m2g2/k d) +m2g2/k e) −m2g2/(2k) http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 37 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br GABARITO 1. a 2. C/E 3. C/E/C/E 4. d 5. b 6. d 7. b 8. e 9. C/E 10. a 11. c 12. c 13. b 14. e 15. b 16. c 17. b 18. d 19. e 20. b 21. e 22. c 23. a http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 38 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br GABARITO COMENTADO 1. (CESGRANRIO/VENDAS/LIQUIGÁS/2017) Um móvel de massa m deve ser movi- mentado sobre uma superfície lisa de um ponto P a um ponto Q. As opções existen- tes são empurrar ou puxar o móvel com uma força sempre de mesma intensidade, e deve-se escolher a forma como a força deve ser aplicada sobre ele para que o trabalho realizado pela força seja o maior possível. Dentre as diversas formas possíveis de aplicar a força, qual corresponde ao maior trabalho no deslocamento entre P e Q? Parte superior do formulário a) b) c) http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 39 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br d) e) Letra a. O Maior Trabalho é aquele em que a Força tem a mesma direção e o mesmo sentido do deslocamento, logo a Força resultante deve ser horizontal e para direita. 2. (CEBRASPE/BOMBEIROS/CBM-PA/2003) O conceito de trabalho em Física é di- ferente daquele que se usa no dia adia. Ele deve envolver uma força aplicada e um deslocamento devido à ação dessa força. Assim, uma secretária em sua mesa, atendendo ao telefone, anotando informações em sua agenda, não está, neces- sariamente, realizando trabalho do ponto de vista da Física. Por outro lado, um pedreiro que leva telhas para cima do telhado está exercendo força em uma certa distância e, do ponto de vista da Física, está trabalhando. Acerca desse assunto, julgue os itens que se seguem. ( ) Uma força resultante nula não realiza trabalho, mesmo havendo deslocamento do corpo sobre o qual atua. ( ) Sempre que se faz força, está havendo realização de trabalho. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 40 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Certo/Errado. I – Certo. Uma força resultante nula não realiza trabalho, mesmo havendo des- locamento do corpo sobre o qual atua. A equação do Trabalho é dada por τ = F.d, logo, se a força resultante é nula, o trabalho realizado é zero, mesmo que haja deslocamento. II – Errado. Sempre que se faz força, está havendo realização de trabalho. Se a Força for perpendicular ao deslocamento, o Trabalho será nulo. Um exemplo é a Força Centrí- peta, ela nunca realizará trabalho, pois é sempre perpendicular à trajetória. 3. (CESPE/PROFESSOR/SEMUC-AM/2011) Nas figuras I e II a seguir, são apresen- tadas duas aplicações das leis da física relacionadas ao movimento de um objeto sobre uma superfície com atrito. Considerando a situação representada nas figuras I e II e as leis de Newton, julgue os itens que se seguem. ( ) O módulo da força normal é maior na situação mostrada na figura I que na mos- trada na figura II. ( ) Na situação representada na figura II, a força normal, em módulo, é maior que a força peso. ( ) A força de atrito é maior na situação mostrada na figura I que na mostrada na figura II. ( ) A força de atrito realiza trabalho unicamente na situação II. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 41 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Certo/Errado/Certo/Errado. I – Certo. O módulo da força normal é maior na situação mostrada na figura I que na mostrada na figura II. Colocando as forças existentes na Figura I Decompondo a Força F, Na direção y, Fr = 0, então, http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 42 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Colocando as forças existentes na Figura II Decompondo a Força F, Na direção y, Fr = 0, então, Observe que Fn1 é igual ao P do corpo adicionada à componente f da Força F e Fn2 é igual ao P do corpo subtraída à componente f da Força F, logo, Fn1 > Fn2 II – Errado. Na situação representada na figura II, a força normal, em módulo, é maior que a força peso. No item anterior vimos que: http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 43 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Logo, III – Certo. A força de atrito é maior na situação mostrada na figura I que na mostrada na figura II. No primeiro item, vimos que Fn1 > Fn2 e, como Fat é diretamente proporcional à Força Normal (Fat = µ.Fn), temos que: IV – Errado. A força de atrito realiza trabalho unicamente na situação II. Nos dois casos, ela realiza trabalho resistente. 4. (CESGRANRIO/OPERADOR/SUAPE/2011) Um bloco é puxado por uma força de módulo igual a 60 N e que forma um ângulo de 60º com a direção do movimento. Considerando-se que o atrito entre o bloco e o solo seja desprezível, e que não haja resistência do ar, qual o trabalho, em joules, realizado pela força num deslocamen- to total de 20 metros, ao longo do plano horizontal? Dados: sen 60º = 0,9 cos 60º = 0,5 a) 6 b) 60 c) 160 d) 600 e) 6.000 http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 44 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Letra d. DADOS F = 60 N θ = 60º d = 20 m Desenhando a situação-problema e colocando as forças existentes: Substituindo na equação do Trabalho, 5. (FUNRIO/OFICIAL/CBM-GO/2016) Ao escutar a sirene de emergência, tocando no meio da madrugada, um soldado do corpo de bombeiros, que estava descansan- do no segundo andar do dormitório, levanta da cama e escorrega pelo mastro de 6,00 m de altura. Graças às forças dissipativas sobre o seu corpo, cujo valor médio é 640 N, o jovem soldado de 80,0 kg chega ao solo em segurança, em apenas 2,45 s. O módulo da aceleração da gravidade local é 10,0 m/s2. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 45 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Considerando que a velocidade inicial de queda do soldado seja nula, a energia dissipada durante o escorregamento pelo mastro vale a) 4.800J. b) 3.840J. c) 2.400J. d) 1.920J. e) 960J. Letra b. DADOS h = 6,0 m F dissipativa = 640 N m = 84 kg ∆t = 2,45 s A Energia dissipativa (perdida) é o Trabalho realizado pelas Forças dissipativas dado por, 6. (IDECAN/SOLDADO/CBM-DF/2017) Uma força de intensidade 30N atuando so- bre um corpo apoiado numa superfície horizontal e com direção paralela ao seu deslocamento, num dado instante, passa a apresentarum aumento linear em sua http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 46 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br intensidade até atingir 80N. Considere que no intervalo da variação dessa força o corpo sofreu um deslocamento de 9 m e que o atrito do corpo com a superfície pode ser desprezado. O trabalho realizado por essa força no intervalo em que sofreu o aumento na sua intensidade corresponde a: a) 400J. b) 450J. c) 475J. d) 495J. Letra d. DADOS F1 = 30 N F2 = 80 N d = 9 m Considerando que, na posição 0m, a Força aplicada é 30 N e, na posição 9 m, a Força é 80 N, podemos colocar no gráfico F x d. Calculando a Área do gráfico que é um Trapézio, http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 47 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br 7. (IFB/PROFESSOR/IFB/2017) Uma partícula está submetida a uma força dada pela seguinte expressão: F(x) = A.(X – 1), onde F(x) é a força dada em newtons, X é a posição da partícula em metros e A é uma constante. Podemos afirmar que o trabalho realizado por esta força entre as posições X = 0 e X = 6m vale: a) 14.A b) 12.A c) 10.A d) 6.A e) 5.A Letra b. DADOS F(x) = A.(X – 1) (Função do 1º Grau ou Afim) Substituindo as posições, X1 = 0 F(0) = A(0 – 1) = – A X2 = 6 F(6) = A(6 – 1) = 5A Colocando no gráfico, http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 48 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Temos que encontrar o ponto em que o gráfico cruza o eixo x, para isso temos que F(x) = 0. Substituindo na Função Logo, http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 49 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Calculando as áreas dos dois triângulos, Área 1 (negativo porque a Área está abaixo do eixo x) Área 2 Logo, o Trabalho total será: 8. (CEBRASPE/PROFESSOR/SEDUC-CE/2013) A figura acima representa dois blocos, 1 e 2, com massas m e 2 m, respectivamen- te, que começaram a se movimentar, de uma mesma altura h, a partir do repouso, em planos inclinados. Os coeficientes de atrito dinâmico dos blocos 1 e 2, com rela- http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 50 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br ção às superfícies dos planos inclinados, são, respectivamente, iguais a µ1 e µ2. Para que o trabalho realizado pelas forças de atrito que atuam em cada um dos blocos seja igual, a relação entre os coeficientes de atrito dos blocos deve corresponder a a) μ1= 2μ2. b) μ2= 2μ1. c) μ1= 4μ2. d) μ2= 4μ1. e) μ1= μ2. Letra e. Para que os trabalhos das forças de atrito sejam iguais, temos: Equação I Já sabemos que a Força Normal no plano inclinado é igual à componente y da Força Peso e é dada por Py = P cosθ. Substituindo na equação I, Equação II Para encontrar os deslocamentos, vamos aplicar o velho e bom Teorema de Pitágoras! Para o deslocamento de 1, temos: http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 51 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Para o deslocamento de 2, temos: http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 52 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Substituindo os valores encontrados na equação II Lembrando que Temos, Simplificando, chegamos na relação entre os coeficientes de atrito. 9. (CEBRASPE/PROFESSOR/SEDU-ES/2012) Dois paraquedistas saltam em um ponto P de certa altura H, cada um deles descrevendo uma trajetória de queda di- ferente até caírem no solo, conforme ilustrado na figura abaixo. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 53 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Com base nessas informações e considerando os efeitos da resistência do ar, julgue os itens subsequentes. ( ) Considerando que a força de resistência do ar seja constante, então o módulo do trabalho realizado por essa força é maior na trajetória de queda livre mais longa. ( ) O trabalho realizado pela força peso ao longo de cada uma das trajetórias de queda livre será maior para a trajetória mais curva, independente do valor do peso de cada um dos paraquedistas. Certo/Errado. I – Certo. Considerando que a força de resistência do ar seja constante, então o módulo do trabalho realizado por essa força é maior na trajetória de queda livre mais longa. A Força de resistência do ar é a mesma, porém o deslocamento na trajetória curva é maior. II – Errado. O trabalho realizado pela força peso ao longo de cada uma das tra- jetórias de queda livre será maior para a trajetória mais curva, independente do valor do peso de cada um dos paraquedistas. O trabalho da Força Peso depende da massa, da aceleração da gravidade e da altura. A altura é a mesma nos dois casos, logo os trabalhos das forças pesos serão iguais também. 10. (MARINHA/COLÉGIO NAVAL/2016) Em uma construção, um operário utiliza-se de uma roldana e gasta em média 5 segundos para erguer objetos do solo até uma laje, conforme mostra a figura abaixo. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 54 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Desprezando os atritos e considerando a gravidade local igual a 10m/s2, pode-se afirmar que a potência média e a força feita pelos braços do operário na execução da tarefa foram, respectivamente, iguais a a) 300 W e 300N. b) 300 W e 150N. c) 300 W e 30N. d) 150 W e 300N. e) 150 W e 150N. Letra a. DADOS ∆t = 5 s h = 5 m m = 30 kg A potência é dada por, http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 55 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br O Trabalho é o da Força Peso, A Força exercida pelo funcionário será igual à Força Peso, isso considerando que o corpo sobe com velocidade constante (apesar de o enunciado não falar sobre a velocidade). 11. (IDECAN/SOLDADO/CBM-DF/2017) Um bloco de 50 kg é içado por um motor a uma altura de 15 m num intervalo de 1 minuto em um local onde g = 10 m/s2. O intervalo de tempo gasto por esse mesmo motor para elevar um bloco de 30 kg a uma altura de 20 m é: a) 40 s. b) 45 s. c) 48 s. d) 54 s. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 56 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Letra c. DADOS ∆t = 1 min = 60 s h = 15 m m = 50 kg ∆t =? h = 20 m m = 30 kg Temos que encontrar a Potência do motor e, em seguida, calcular o intervalo de tempo para erguer o corpo de 30 kg. A potência do motor é calculada como, O Trabalho é o da Força Peso, Utilizando essa potência para erguer o corpo de massa 30 kg, temos, O Trabalho é o da Força Peso, http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 57 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br 12. Um elevador de 1200 Kg pode elevar uma carga máxima de 800 Kg. Qual é a potência média do motor a ser acoplado nesteelevador para que a carga seja ele- vada com uma velocidade de 2,5 m/s? (considere a aceleração da gravidade igual a 10 m/s2). a) 15 kW b) 80 kW c) 50 kW d) 20 kW e) 10 kW Letra c. DADOS v = 2,5 m/s mELEVADOR = 1200 kg http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 58 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br mCARGA = 800 kg mTOTAL = 2000 kg Utilizando a fórmula da Potência com a velocidade, A Força que o motor aplica para erguer o conjunto é a Força Peso total 13. (IF-MT/PROFESSOR/IF-MT/2014) Considere que o balanço de energia do corpo humano é constituído de dois componentes: a entrada de energia em função da ingestão de alimentos e a saída de energia na forma de calor. Levando-se em conta que, em média, durante um dia, um humano adulto ingere 2000 kcal de alimentos, a dissipação média de energia equivale a aproximadamente: Considere: 1 cal = 4 J. a) Um chuveiro elétrico doméstico. b) Uma lâmpada elétrica doméstica incandescente. c) Um aparelho de ar-condicionado doméstico. d) Uma calculadora eletrônica. Letra b. DADOS Energia ingerida = 2000 kcal http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 59 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br ∆t = 1 dia = 24 h x 60 (min) x 60 (segundos) = 86.400 s 1 cal = 4 J A energia dissipada em um dia será a potência do corpo utilizando a energia ingerida. Transformando kcal para J. 1 cal = 4 J 2000 kcal = x Resolvendo a Regra de 3 simples, x = 4.2000 x = 8000 kJ = 8000000 J Calculando a Potência, Substituindo os valores, Que é mais ou menos o valor da Potência de uma lâmpada incandescente. “PÉRA LÁ, professor! Como eu iria saber disso? A potência de cada aparelho?” Realmente a questão foi bem capciosa, mas se avexe, não! Chuveiro e ar-condicionado são aparelhos que gastam muita energia, pois as suas Potências são altas. Calculadora tem pouco gasto de energia, então a sua Potência é baixinha. Sobra para gente, a lâmpada incandescente, letra b. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 60 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br 14. (CESGRANRIO/TÉCNICO DE OPERAÇÃO JÚNIOR/INNOVA/2012) Um automóvel é movido por um motor a explosão que trabalha com rendimento de 20%. Qual é, aproximadamente, em kW, a potência calorífica cedida pelo combustível ao motor, quando ele desenvolve uma potência mecânica de 75 kW? a) 15 b) 27 c) 60 d) 300 e) 375 Letra e. DADOS Rendimento = 20 % Potu = 75 kW (Potência utilizada pelo veículo) Questão bem tranquila, nível molezinha, quer ver? A Potência calorífica é aquela produzida totalmente, ou seja, os 100%. Então, basta resolver uma regra de 3 simples: 20% --- 75 kW 100% --- x kW 0,2 x = 75. 1 x =75/0,2 = 375 kW. 15. (AFA/OFICIAL/AERONÁUTICA/2009) A figura abaixo representa três formas distintas para um bloco entrar em movimento. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 61 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Sabe-se que as forças F1, F2 E F3 são constantes e de mesma intensidade. Desprezan- do-se qualquer resistência, pode-se afirmar que, depois de percorrida uma mesma distância, a energia cinética, E1, E2 e E3, adquirida em cada situação, é tal que a) E1 = E2 = E3 b) E1 > E2 = E3 c) E1 < E2 < E3 d) E1 = E2 > E3 Letra b. Note que a maior força que realiza Trabalho é a que está na mesma direção e no mesmo sentido do deslocamento. E como quanto maior a Força, maior o Trabalho realizado, já podemos concluir que a Energia na situação 1 é a maior de todas. Nas situações 2 e 3, se você decompor as Forças, observará que são as suas com- ponentes na direção x que realizam trabalho, como as forças são iguais, podemos concluir, então, que as energias nas situações 2 e 3 são iguais. Logo, letra b. 16. (CESGRANRIO/OPERADOR/SUAPE/2010) Em um terremoto, como o que ocorreu no Haiti, em janeiro de 2010, a energia liberada chegou a um valor de 8 x 1014J. Con- sidere um automóvel de uma tonelada trafegando a uma velocidade constante de 72 http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 62 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br km/h. Quantos automóveis, sob as mesmas condições, são necessários para gerar uma energia cinética equivalente à energia liberada no terremoto citado? a) 3.10⁷ b) 4.10⁹ c) 2.10⁹ d) 3.10¹¹ e) 4.10¹² Letra c. DADOS Energia do terremoto = 8 x 1014J mcarro = 2 t = 2000 kg v = 72 km/h ÷ 3,6 = 20 m/s. Vamos calcular a energia cinética de um automóvel e, em seguida, resolver a regra de 3 simples para encontrar a quantidade de veículos para gerar a energia do terremoto. A energia cinética é dada por, http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 63 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Resolvendo a Regra de 3 simples: 1 automóvel – 4.105 J X – automóveis – 8.1014J 4.105.X = 8.1014 X – = 8.1014/4.105 X – = 2.109 J Note que a maior força que realiza Trabalho é a que está na mesma direção e no mesmo sentido do deslocamento. 17. (CEBRASPE/PERITO CRIMINAL/PC-MA/2018) a Figura I, a seguir, ilustra uma colisão ocorrida entre um carro e uma moto parada. A massa total do carro era de 2.000 kg, e o módulo de sua velocidade era igual a Vc. A moto tinha massa igual a 120 kg e era pilotada por um motociclista cuja massa era de 80 kg. Figura I Imediatamente após a colisão, carro e moto permaneceram parados e um quarto da energia cinética do carro foi transferido para o motociclista, que foi arremessado de uma altura de 1 m, a uma velocidade Vm igual 20 m/s. Após a colisão, o mo- tociclista descreveu uma trajetória oblíqua, mostrada na figura II, percorrendo na direção horizontal, até atingir o solo, uma distância igual a D. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 64 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Sabendo que cos45∘=√2/2 Considere que 10 m/s2 seja o módulo da aceleração da gravidade e despreze a re- sistência do ar. Com base nas informações e nas figuras apresentadas no texto, o módulo da velo- cidade com que o carro atingiu a moto é igual a a) 4,0 m/s. b) 8,0 m/s. c) 16,0 m/s. d) 0,8 m/s. e) 3,2 m/s. Letra b. DADOS mcarro = 2000 kg mMOTO = 120 kg mP = 80 kg (massa do motociclista) VM = 20 m/s (velocidade de arremesso) Taxa de transferência Ecp = Ecv/4 Vamos calcular a energia cinética do motociclista, utilizar a taxa de transferência de energia e, em seguida, encontrar a velocidade do veículo. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 65 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br A energia cinética é dada por A taxa de transferência é Encontrando a velocidade do veículo pela equação da Energia cinética, a energia cinética é dada por http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 66 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br 18. (FCM/PROFESSOR/IF-RS/2016) Em uma corrida, um veículo acelera, a partir do repouso até 50 km/h, gastando uma energia E1, vinda do motor. Em seguida, acelera de 50 km/h até 100 km/h, gastando uma energia E2. A ação de forças dis-sipativas devem ser desprezadas. A relação correta entre E1 e E2 é a) E2 = E1 /2. b) E2 = E1. c) E2 = 2.E1. d) E2 = 3.E1. e) E2 = 4.E1. Letra d. DADOS 1º Trecho V0 = 0 V1 = 30 km/h 2º Trecho V1 = 30 km/h V2 = 60 km/h A Energia dissipada em cada trecho será a variação de Energia Cinética. Para o 1º Trecho http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 67 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Note que V2 = 2V1 Para o 1º Trecho Substituindo V2 = 2V1 Tirando o MMC Sabemos que http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 68 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Logo 19. (CESGRANRIO/TÉCNICO DE QUÍMICA JÚNIOR/PETROBRAS/2015) Um carro e uma motocicleta trafegam por uma estrada. A massa do carro é o dobro da mas- sa da motocicleta. Num determinado instante, o carro e a motocicleta possuem a mesma energia cinética. Nesse instante, a razão entre as velocidades da motocicleta e do carro vale a) 0,5 b) 1 c) 2 d) 1/√2 e) √2 Letra e. DADOS mc = 2mm Ecc = Ecm Iguale as energias e encontre a razão entre as velocidades, http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 69 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Simplificando os valores, 20. (FCC/OPERADOR/PETROBRAS/2001) Para acionar uma turbina de determinada usina hidrelétrica é necessária uma vazão de água de, aproximadamente, 750 m3 por segundo, através de um duto de queda nominal igual a 100 m. Sabendo-se que a turbina geradora de eletricidade assegura uma potência de 600 000 kW, a perda de energia nesse processo de transformação é da ordem de: DADOS: Densidade da água = 1,0. 103 kg/m3 Aceleração da gravidade = 10 m/s2 http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 70 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br a) 10% b) 20% c) 30% d) 40% e) 50% Letra b. DADOS Vazão = 750 m3 por segundo Densidade da água = 1,0. 103 kg/m3 A densidade da água é dada por d = m/v Então, podemos calcular a massa da água, h = 100 m Potútil = 600000 Kw = 6. 105 kW = 6. 105. 103 W = 6. 108 W A perda de energia por segundo (potência dissipada) será a diferença entre a Ener- gia Potencial Gravitacional por segundo (potência total), armazenada a h = 100m, e a Potência útil. Calculando a Energia Potencial Gravitacional: http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 71 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br A potência total, será Encontrando o valor da Potência dissipada: A porcentagem da perda de energia será 21. (CESGRANRIO/ENGENHEIRO/TRANSPETRO/2011) Um corpo de massa igual a 9,8 kg se desloca à velocidade constante de 10 m/s. Sua energia cinética é a ener- gia necessária para elevar do nível do solo um corpo de 10 kg de massa até uma altura, medida em metros, de (use g = 9,8 m/s2) http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 72 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br a) 1 b) 2 c) 3 d) 4 e) 5 Letra e. DADOS m = 9,8 kg v = 10 m/s m = 10 kg Questão interessante, PRF! Pois começa a nos dar a ideia de transformação de energia (assunto da próxima aula), mas você já pode ir se familiarizando. O examinador diz que a energia cinética será utilizada para erguer o corpo, então va- mos calcular a energia cinética e depois utilizar o valor encontrado e achar a altura. A Energia Cinética é dada por Substituindo na Energia Potencial Gravitacional, http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 73 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br 22. (FUMARC/PROFESSOR/SEE-MG/2018) As fotos a seguir ilustram um experi- mento utilizando uma mola. A foto número 1 mostra a mola na vertical, medindo 20 cm. Ao pendurar uma massa m = 50 g observamos que o tamanho da mola aumenta, passando a medir 25 cm, quando o sistema atinge o equilíbrio, conforme observado na foto 2. A energia potencial elástica armazenada na mola quando ela estiver distendida de 10 cm, vale, em joules (J): http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 74 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br a) 1,25. 10-2 b) 1,25. 10-4 c) 5,0. 10-2 d) 5,0. 10-3 e) 5,0. 10-4 Letra c. DADOS Tamanho da mola = 20 cm x = 5 cm (no equilíbrio) = 0,05 m m = 50 g = 0,05 kg Epel =? x = 10 cm Temos que encontrar o valor da constante elástica da mola e, em seguida, calcular a Energia Potencial Elástica. No equilíbrio, a 2ª Lei de Newton nos diz que Fr = 0. Aplicando as forças no sistema massa-mola: http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 75 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Então, Calculando a Energia Potencial Elástica, quando a deformação for 10 cm = 0,1 m: http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 76 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br 23. (FGV/PERITO CRIMINAL/PC-RJ/2008) Uma pequena esfera de massa m está presa à extremidade inferior de uma mola ideal de constante elástica k cujo extre- mo superior está fixo ao teto. Com a mola na vertical, nem distendida e nem com- primida, abandona-se a esfera a partir do repouso. O trabalho realizado pela força elástica da mola desde o instante em que a esfera foi abandonada até o instante em que ela atinge pela primeira vez o repouso (ponto mais baixo de sua trajetória) é a) −2m2g2/k b) +2m2g2/k c) −m2g2/k d) +m2g2/k e) −m2g2/(2k) Letra a. DADOS O trabalho será dado pela Energia Potencial Elástica da mola. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 77 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Temos que encontrar o da deformação da mola no ponto mais baixo da trajetória (no equilíbrio). No equilíbrio, a 2ª Lei de Newton nos diz que Fr = 0. Então, Substituindo na fórmula da Energia Potencial Elástica e lembrando que a Força Elástica é no sentido contrário do deslocamento, ou seja, o Trabalho é negativo (resistente), e a deformação será 2x, pois o Trabalho é total, temos: Simplificando os “k”: http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br 78 de 78 NOÇÕES DE FÍSICA Trabalho, Potência, Energia Cinética, Energia Potencia, Atrito Prof. Herico Avohai www.grancursosonline.com.br Divisão de fração: Show de bola, estou gostando de ver! Não desista, o caminho é difícil, mas o final é recompensador! Um grande abraço e até a próxima. http://www.grancursosonline.com.br http://www.grancursosonline.com.br Trabalho, Potência, Energia Cinética e Energia Potencial Apresentação 1. Trabalho Trabalho de uma Força Variável (Gráfico) Trabalho Total (Resultante) Trabalho da Força Peso Trabalho da Força Elástica 2. Potência Relação entre Potência e Velocidade 3. Energia 4. Energia Cinética 5. Energia Potencial Energia Potencial Gravitacional Energia Potencial Elástica Questões de Concurso Gabarito Gabarito Comentado
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