Física - Ensino Médio - Energia Mecânica - Exercícios com gabarito

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(Professor: Sidclei) 
Energia mecânica 
1. Em uma cama elástica, um tecido flexível e resistente é esticado e preso a uma armação, formando uma 
superfície que empurra de volta um corpo que caia sobre ela. Os esquemas 1, 2 e 3 mostram três posições 
de uma criança enquanto pula em uma cama elástica. Na situação 1, a superfície da cama está 
completamente afundada e pronta para impulsionar a criança. Na situação 2, a criança está subindo e 
acaba de se soltar da superfície da cama. Em 3, a criança alcança a sua altura máxima. 
 
Considerando o nível de energia potencial gravitacional iguala zero na altura da figura 1, indique a 
alternativa que identifica corretamente as formas de energia presentes nas posições mostradas nos 
esquemas 1, 2 e 3. 
(A) (1) energia elástica, (2) cinética e gravitacional e (3) gravitacional. 
(B) (1) energia cinética, (2) gravitacional e (3) gravitacional. 
(C) (1) energia elástica e gravitacional, (2) cinética e (3) gravitacional. 
(D) (1) energia cinética, (2) elástica e (3) gravitacional. 
(E) (1) energia elástica, (2) cinética e (3) gravitacional. 
 
2. Um corpo de massa 2 kg é abandonado, verticalmente, a partir do repouso de uma altura de 80 m em 
relação ao solo. Determine a velocidade do corpo quando atinge o solo. Dado g = 10 m/s². Despreze 
atritos e resistência do ar. 
 
3. (FUVEST 08) No ”salto com vara”, um atleta corre segurando uma vara e, com perícia e treino, 
consegue projetar seu corpo por cima de uma barra. Para uma estimativa da altura alcançada nesses 
saltos, é possível considerar que a vara sirva apenas para converter o movimento horizontal do atleta 
(corrida) em movimento vertical, sem perdas ou acréscimos de energia. Na análise de um desses saltos, 
foi obtida a seqüência de imagens reproduzida acima. Nesse caso, é possível estimar que a velocidade 
máxima atingida pelo atleta, antes do salto, foi de, aproximadamente: (dado: g = 10 m/s²). 
a) 4 m/s b) 6 m/s c) 7 m/s d) 8 m/s e) 9 m/s 
 
4. (FUVEST-SP) Numa montanha-russa um carrinho de 300 Kg de massa é abandonado do repouso de 
um ponto A, que está a 5 m de altura (dado: g = 10 m/s²). Supondo-se que o atrito seja desprezível, 
pergunta-se: 
a) O valor da velocidade do carrinho no ponto B. 
b) A energia cinética do carrinho no ponto C, que está a 4,0 m de altura. 
 
 
 5. Um carrinho de massa 2 kg cai de altura de altura h e descreve a trajetória conforme a figura. O raio 
da curva é de 16 m e a aceleração da gravidade g = 10 m/s². Determine o menor valor de h para que 
ocorra o “looping”. Despreze atritos e resistência do ar. 
 
 
6. Considere que um blocode massa m = 2kg é solto do repouso em uma pista curva de uma altura h = 
3,2m com relação à parte mais baixa e horizontal da pista. Não há atrito entre a pista e o bloco. Há ainda 
com um anteparo com uma mola de constante elástica 200N/m, que possa desacelerar o bloco quando eles 
entram em contato. (dado: g = 10 m/s²). 
 
Determine 
(a) Qual a velocidade com que o bloco toca o anteparo 
(b) Qual a compressão máxima da mola? 
 
7. Nos trilhos de uma montanha-russa, um carrinho com seus ocupantes é solto, a partir do repouso, de 
uma posição A situada a uma altura h, ganhando velocidade e percorrendo um círculo vertical de raio R 
= 6,0 m, conforme mostra a figura. A massa do carrinho com seus ocupantes é igual a 300 kg e despreza-
se a ação de forças dissipativas sobre o conjunto. (dado: g = 10 m/s²). 
 
 
Assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S). 
01. A energia mecânica mínima para que o carrinho complete a trajetória, sem cair, é igual a 4 500 J. 
02. A velocidade mínima na posição B, ponto mais alto do círculo vertical da montanha-russa, para 
que o carrinho não caia é 60 m/s. 
04. A posição A, de onde o carrinho é solto para iniciar seu trajeto, deve situar-se à altura mínima h = 15 
m para que o carrinho consiga completar a trajetória passando pela posição B, sem cair. 
08. Na ausência de forças dissipativas a energia mecânica do carrinho se conserva, isto é, a soma da 
energia potencial gravitacional e da energia cinética tem igual valor nas posições A, B e C, 
respectivamente. 
16. Podemos considerar a conservação da energia mecânica porque, na ausência de forças dissipativas, a 
força atuante sobre o sistema é a força peso, que é uma força conservativa. 
64. A energia mecânica do carrinho no ponto C é menor do que no ponto A. 
 
8. Uma esfera movimenta-se num plano subindo em seguida uma rampa, conforme a figura. Com qual 
velocidade a esfera deve passar pelo ponto A para chegar a B com velocidade de 4 m/s? Sabe-se que no 
percurso AB houve uma perda de energia mecânica de 20% (Dados: h=3,2m; g=10m/s²). 
 
 
9. O bloco de massa 3,0 kg é abandonado a partir do repouso do ponto A situado a 1,0 m de altura, e 
desce a rampa atingindo a mola no ponto B de constante elástica igual a 1,0. 10³ N/m, que sofre uma 
compressão máxima de 20 cm. Adote g = 10 m/s². Calcule a energia mecânica dissipada no processo. 
 
 
 
 
 
10. (PUC) A figura mostra o perfil de uma montanha russa de um parque de diversões. 
 
O carrinho é levado até o ponto mais alto por uma esteira, atingindo o ponto A com velocidade que pode 
ser considerada nula. A partir desse ponto, inicia seu movimento e ao passar pelo ponto B sua velocidade 
é de 10 m/s. Considerando a massa do conjunto carrinho+passageiros como 400 kg, pode-se afirmar que o 
módulo da energia mecânica dissipada pelo sistema foi de 
a) 96 000 J b) 60 000 J c) 36 000 J d) 9 600 J e) 6 000 J 
 
 
 
 
 
Impulso,Quantidade de movimento,teorema do Impulso e conservação da 
Quantidade de movimento. 
 
 
11. Os automóveis mais modernos são fabricados de tal forma que, numa colisão frontal, ocorra o 
amassamento da parte dianteira da lataria de maneira a preservar a cabine. Isso faz aumentar o tempo de 
contato do automóvel com o objeto com o qual ele está colidindo. Com base nessas informações, pode-se 
afirmar que, quanto maior for o tempo de colisão, 
a)menor será a força média que os ocupantes do automóvel sofrerão ao colidirem com qualquer parte da 
cabine. 
b)maior será a força média que os ocupantes do automóvel sofrerão ao colidirem com qualquer parte da 
cabine. 
c)maior será a variação da quantidade de movimento que os ocupantes do automóvel experimentarão. 
d)menor será a variação da quantidade de movimento que os ocupantes do automóvel experimentarão. 
 
 
 
12.O air-bag, equipamento utilizado em veículos para aumentar a segurança dos seus ocupantes em uma 
colisão, é constituído por um saco de material plástico que se infla rapidamente quando ocorre uma 
desaceleração violenta do veículo, interpondo-se entre o motorista, ou o passageiro, e a estrutura do 
veículo. Consideremos, por exemplo, as colisões frontais de dois veículos iguais, a uma mesma 
velocidade, contra um mesmo obstáculo rígido, um com air-bag e outro sem air-bag, e com motoristas de 
mesma massa. Os dois motoristas sofrerão, durante a colisão, a mesma variação de velocidade e a 
mesma variação da quantidade de movimento. Entretanto, a colisão do motorista contra o air-bag tem 
uma duração maior do que a colisão do motorista diretamente contra a estrutura do veículo. De forma 
simples, o air-bag aumenta o tempo de colisão do motorista do veículo, isto é, o intervalo de tempo 
transcorrido desde o instante imediatamente antes da colisão até a sua completa imobilização. Em 
conseqüência, a força média exercida sobre o motorista no veículo com air-bag é muito menor, durante a 
colisão. 
Considerando o texto acima,assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S). 
01. A colisão do motorista contra o air-bag tem uma duração maior do que a colisão do motorista 
diretamente contra a estrutura do veículo. 
02. A variação da quantidade de movimento do motorista do veículo é a mesma, em uma colisão, com ou 
sem a proteção do air-bag. 
04. O impulso exercido pela estrutura do veículo sobre o motorista é igual à variação da quantidade de 
movimento do motorista. 
08. O impulso exercido sobre o motorista é o mesmo, em uma colisão, com air-bag ou sem air-bag. 
16. A grande vantagem do air-bag é aumentar o tempo de colisão e, assim, diminuir a força média atuante 
sobre o motorista. 
 
 
13. O gráfico abaixo representa aproximadamente a intensidade da força que uma bala (m = 20 g) sofre, 
em função do tempo, ao penetrar num bloco de madeira. 
 
 
Determine: 
a) A variação da quantidade de movimento da bala vale, no Sistema Internacional de Unidades. 
b) A velocidade da bala no instante em que começa a penetrar no bloco. 
 
14. (UFPE 09) A aplicação da chamada “lei seca” diminuiu significativamente o percentual de acidentes 
de trânsito em todo o país. Tentando chamar a atenção dos seus alunos para as conseqüências dos 
acidentes de trânsito, um professor de Física solicitou que considerassem um automóvel de massa 1000 
kg e velocidade igual a 54 km/h, colidindo com uma parede rígida. Supondo que ele atinge o repouso em 
um intervalo de tempo de 0,50 s, determine a força média que a parede exerce sobre o automóvel durante 
a colisão. 
A) 3,0 × 104 N B) 4,0 × 104 N C) 5,0 × 104 N D) 1,0 × 104 N E) 2,0 × 104 
N 
 
15. A velocidade de uma bola de tênis, de massa 50 g, num saque muito rápido, pode chegar a 216 km/h, 
mantendo-se aproximadamente constante durante todo o tempo de vôo da bola. Supondo que a bola esteja 
inicialmente em repouso, e que o tempo de contato entre a raquete e a bola seja de 0,001 s, pode-se 
afirmar que a força média aplicada à bola no saque é equivalente ao peso de uma massa de: 
a)150 kg. b)300 kg. c)50 kg. d)10 kg. 
 
16. No estádio St. Jakob Park, na Alemanha, a seleção brasileira enfrentou, num “amistoso” de 
preparação da copa, o time suíço FC Lucerna. No segundo tempo da partida, mais precisamente aos 26 
minutos do jogo, Juninho Pernambucano, na sua especialidade, cobrou falta com perfeição, sem chances 
para o goleiro adversário, marcando o sexto gol do Brasil. Considerando que, neste lance, a velocidade 
atingida pela bola de aproximadamente 500 g foi de 108 Km/h e que o contato entre a chuteira e a bola foi 
de 1,0 x 10-2 s, a força média que a bola recebeu foi, aproximadamente, igual a: 
a) 6200 N b) 72000 N c) 1500 N d) 1000 N e) 800 N 
 
17. Dois professores do colégio Maxi resolvem fazer uma experiência de Mecânica: parados sobre patins 
(atrito desprezível), um de frente para outro, eles se empurram. O professor mais magro, de massa 50 kg, 
vai para a direita com velocidade de 8 m/s. O mais gordinho, de massa 100 kg, vai: 
 
18. (UFPE) Dois blocos A e B, de massas mA = 0,2 kg e mB = 0,8 kg, respectivamente, estão presos por 
um fio, com uma mola ideal comprimida de 10cm, entre eles. Os blocos estão inicialmente em repouso, 
sobre uma superfície horizontal e lisa. Em um dado instante, o fio se rompe liberando os blocos com 
velocidades vA e vB, respectivamente. Calcule a razão vA/vB entre os módulos das velocidades e a 
constante elástica da mola sabendo-se que a velocidade do corpo A depois que o fio é cortado vale 4 m/s. 
 
19. Um rapaz de patins está parado no centro de uma pista, onde o atrito é desprezível, quando uma 
jovem de massa 50kg vem de encontro a ele, com velocidade de módulo 6,0m/s. O rapaz abraça-a e, após 
a interação, ambos estão se movimentando juntos, na mesma direção da velocidade inicial da moça. 
Se a massa do rapaz é de 70kg, qual é o módulo da velocidade resultante final do sistema, em m/s? 
 
 
jovem
q
 
a)5,0 b)3,0 c)6,0 d)3,5 e)2,5 
20.Um peixe de 6 kg, nadando com velocidade de 2,0 m/s, no sentido indicado pela figura, engole 
um peixe de 2 kg, que estava em repouso, e continua nadando no mesmo sentido. 
 
 
A velocidade, em m/s, do peixe imediatamente após a ingestão, é igual a ? 
 
 
21.Dois astronautas, A e B, encontram-se livres na parte externa de uma estação espacial, sendo 
desprezíveis as forças de atração gravitacional sobre eles. Os astronautas com seus trajes espaciais têm 
massas mA = 100 kg e mB = 90 kg, além de um tanque de oxigênio transportado pelo astronauta A, de 
massa 10 kg. Ambos estão em repouso em relação à estação espacial, quando o astronauta A lança o 
tanque de oxigênio para o astronauta B com uma velocidade de 5,0 m/s. O tanque choca-se com o 
astronauta B que o agarra, mantendo-o junto a si, enquanto se afasta. 
 
 
Considerando como referencial a estação espacial, assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S): 
I. Considerando que a resultante das forças externas é nula, podemos afirmar que a quantidade 
de movimento total do sistema constituído pelos dois astronautas e o tanque se conserva. 
II. Antes de o tanque ter sido lançado, a quantidade de movimento total do sistema constituído 
pelos dois astronautas e o tanque era nula. 
III. Como é válida a terceira lei de Newton, o astronauta A, imediatamente após lançar o tanque para 
o astronauta B, afasta-se com velocidade igual a 5,0 m/s. 
IV. Imediatamente após agarrar o tanque, o astronauta B passa a deslocar-se com velocidade de 
módulo igual a 0,5 m/s. 
 
 
 “Aprendi que o ser humano só tem o direito de olhar outro de cima para baixo para ajudá-lo a 
levantar-se”. 
Gabriel Garcia Marquez 
 
 
GABARITO: 
1. A 2. V = 40m/s 3.d 4. a)V=10m/s b) 3000J 5. h = 2,5R 
 
6. a) V = 8m/s b) x = 0,8m 7.V (02,04,08,16) 8.V = 10m/s 9. - 10J 10. B 
 
11. A 12. V ( 01; 02; 04; 16.) 13. a) 2N.S b)100m/s 14. A 15. B 
 
16. C 17. Para a esquerda com velocidade de 4 m/s. 18. vA/vB = 4 e K = 400 N/m 19.E 
 
20.V = 1,5m/s 21. V ( I,II,IV )