Fisica

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CENTRO DE EXCELÊNCIA ARQUIBALDO MENDONÇA
Aluno: _______________________________________. Turma: __________________.Data: ____/____/2020.
				ATIVIDADE DE FISICA
· Energia mecânica e conservação da energia 
Energia mecânica é uma grandeza física escalar, medida em joules, de acordo com o SI. Ela equivale à soma das energias cinética e potencial de um sistema físico. Em sistemas conservativos, ou seja, sem atrito, a energia mecânica permanece constante. A energia mecânica pode ser definida como a capacidade de um corpo de realizar trabalho. Quando essa capacidade de realizar trabalho está relacionada com o movimento, ela é chamada de energia cinética. Porém, se a capacidade de realizar trabalho estiver relacionada com a posição de um corpo, ela é chamada de energia potencial. 
Quando uma partícula dotada de massa move-se livremente pelo espaço, com certa velocidade e sem sofrer a ação de força alguma, dizemos que ela carrega consigo uma quantidade de energia puramente cinética. No entanto, se essa partícula passa a sofrer algum tipo de interação (gravitacional, elétrica, magnética ou elástica, por exemplo), dizemos que ela também é dotada de uma energia potencial. 
Energia potencial trata-se, portanto, de uma forma de energia que pode ser estocada ou armazenada; enquanto energia cinética é aquela relativa à velocidade da partícula. 
Figura 1 Na imagem, energia cinética e potencial intercambiam-se, enquanto a energia mecânica é constante.
	 
Agora que definimos os conceitos de energia cinética e de energia potencial, podemos compreender com maior clareza do que se trata a energia mecânica: é a totalidade de energia relacionada ao estado de movimento de um corpo. 
Fórmulas da energia mecânica 
A fórmula da energia cinética, que relaciona a massa (m) e a velocidade (v) do corpo, é esta, confira: 
 𝐸𝑐=𝑚𝑣2/2 
Onde: 
EC – energia cinética (j) 
m – massa (kg) 
v – velocidade (m/s) 
Um corpo em movimento tem energia cinética 
ENERGIA POTENCIAL 
A energia potencial, por sua vez, existe em diferentes formas. As mais comuns, entretanto, são as energias potencial gravitacional e elástica, cujas fórmulas são mostradas a seguir: 
EP =mgh e Eel =Kx2/2
Onde: 
k – constante elástica (N/m) 
x – deformação (m) 
m = massa (kg) 
h = altura (m) 
Enquanto a energia potencial gravitacional, como o próprio nome sugere, relaciona-se com a gravidade local e a altura em que um corpo encontra-se em relação ao solo, a energia potencial elástica surge quando algum corpo elástico é deformado, como quando esticamos uma tira de borracha ou um mola. 
Nessa imagem temos três maçãs com diferentes alturas, logo cada maçã tem uma energia potencial gravitacional diferente. 
Nessa imagem temos três maçãs com diferentes alturas, logo cada maçã tem uma energia potencial gravitacional diferente.
Nessa figura podemos observar que o corpos que está elevado a uma certa altura ele tem energia potencial gravitacional acumulada, diferente de um corpo que esteja no solo ( altura igual à 0 m) onde sua energia será 0. 
															
A soma dessas duas formas de energia — cinética e potencial — é chamada de energia mecânica:
Em = Ec + Ep
Onde: 
EM – energia mecânica 
EC – energia cinética 
EP – energia potencial 
Conservação da energia mecânica 
A conservação da energia é um dos princípios da física. De acordo com ele, a quantidade de energia total de um sistema deve conservar-se. Em outras palavras, a energia nunca é perdida ou criada, mas sim convertida em diferentes formas. 
Logicamente, o princípio da conservação da energia mecânica deriva do princípio de conservação da energia. Dizemos que a energia mecânica conserva-se quando não há quaisquer forças dissipativas, tais como o atrito ou o arraste do ar, capazes de transformá-la em outras formas de energia, como a térmica. 
O atrito entre a caixa e a superfície faz com que parte da energia mecânica transforme-se em calor. 
Confira exemplos: 
Quando uma caixa pesada desliza sobre uma rampa com atrito, parte da energia cinética da caixa é dissipada, e, então, a interface entre a caixa e a rampa sofre um pequeno aumento de temperatura: é como se a energia cinética da caixa estivesse sendo transferida para os átomos da interface, fazendo-os oscilarem mais e mais. O mesmo acontece quando pisamos no freio de um carro: o disco do freio fica cada vez mais quente, até que o carro pare completamente. 
Em uma situação ideal, em que o movimento ocorre sem a ação de quaisquer forças dissipativas, a energia mecânica será conservada. Imagine uma situação em que um corpo oscila livremente, sem qualquer atrito com o ar. Nessa situação, dois pontos A e B, relativos à posição do pêndulo, seguem esta relação: 
Onde: 
EMA – Energia mecânica no ponto A 
EMB – Energia mecânica no ponto B 
ECA – Energia cinética no ponto A 
ECB – Energia cinética no ponto B 
EPA – Energia potencial no ponto A 
EPB – Energia potencial no ponto B
Dadas duas posições de um sistema físico ideal, sem atrito, a energia mecânica no ponto A e a energia mecânica no ponto B serão iguais em módulo. Entretanto, é possível que, em diferentes partes desse sistema, as energias cinética e potencial mudem de medida, de modo que a soma delas permaneça a mesma. 														
Exemplos resolvidos sobre energia mecânica 
Questão 1) Um caminhão de 1500 kg desloca-se, a 10 m/s, sobre um viaduto de 10 m, construído acima de uma avenida movimentada. Determine o módulo da energia mecânica do caminhão em relação à avenida. 
Dados: g = 10 m/s² 
a) 1,25.104 J 
b) 7,25.105 J 
c) 1,5105 J 
d) 2,25.105 J 
e) 9,3.103 J 
Resolução: 
Para calcularmos a energia mecânica do caminhão, somaremos a energia cinética com a energia potencial gravitacional, observe: 
Com base no cálculo anterior, descobrimos que a energia mecânica desse caminhão em relação ao chão da avenida é igual a 2,25.105 J, portanto, a resposta correta é a letra d. 
Questão 2) Uma caixa d'água cúbica, de 10.000 l, está preenchida até a metade de seu volume total e posicionada a 15 m de altura em relação ao solo. Determine a energia mecânica dessa caixa d'água. 
a) 7,5.105 J 
b) 1,5.105 J 
c) 1,5.106 J 
d) 7,5.103 J 
e) 5,0.102 J 
Resolução: 
Uma vez que a caixa d'água está preenchida até a metade de seu volume e sabendo que 1 l de água corresponde à massa de 1 kg, faremos o cálculo da energia mecânica da caixa d'água. Dessa forma, é importante perceber que, 
quando em repouso, a energia cinética do corpo é igual a 0, e, por isso, sua energia mecânica será igual à sua energia potencial. 
De acordo com o resultado obtido, a alternativa correta é a letra a. 
														
Questão 3) A respeito da energia mecânica de um sistema conservativo, livre de forças dissipativas, assinale a alternativa correta: 
a) Na presença de atrito, ou de outras forças dissipativas, a energia mecânica de um corpo em movimento aumenta. 
b) A energia mecânica de um corpo que se move livre da ação de quaisquer forças dissipativas mantém-se constante. 
c) Para que a energia mecânica de um corpo permaneça constante, é necessário que, quando houver aumento de energia cinética, também haja aumento de energia potencial. 
d) A energia potencial é a parte da energia mecânica relacionada à velocidade com o que o corpo se desloca. 
e) A energia cinética de um corpo queP se move livre da ação de quaisquer forças dissipativas mantém-se constante. 
Resolução: 
Vamos analisar as alternativas: 
a) FALSO – na presença de forças dissipativas, a energia mecânica diminui. 
b) VERDADEIRO 
c) FALSO – caso ocorra aumento da energia cinética, a energia potencial deverá diminuir, para que a energia mecânica permaneça constante. 
d) FALSO – a energia cinética é a parte da energia mecânica relacionada ao movimento. 
e) FALSO – nesse caso, a energia cinética sofrerá decréscimos por conta das forças dissipativas. 
4. Determine o valor da velocidade de um objeto de 0,5 kg que cai, a partir do repouso, de uma altura igual a 5 metros do solo. 
a) vB=30 m/s 
b) vB=10 m/s 
c) vB=20 m/s
d) vB=0,5 m/s 
e) vB=0Resolução: 
Para determinar o valor da velocidade do objeto ao tocar no solo, fazemos uso da conservação da energia mecânica, dessa forma, temos que: 
Como a altura inicial do objeto é a máxima e vale 5 metros, podemos dizer que neste ponto, isto é, nesta altura, a energia cinética é igual a zero e a energia potencial também é zero quando o objeto está no solo. 
Alternativa B 
Atividades
1. O conceito de energia foi de suma importância para o desenvolvimento da ciência, em particular da física. Sendo assim, podemos dizer que o princípio da conservação da energia mecânica diz que: 
a) nada se perde, nada se cria, tudo se transforma 
b) que a energia pode ser gastada e perdida 
c) a energia total de um sistema isolado é constante 
d) que a energia jamais pode ser transferida de um corpo a outro 
e) a energia cinética de um corpo está relacionada com a força da gravidade 
2. Imagine que você deixa cair (abandonado) um objeto de massa m e de altura de 51,2 metros. Determine a velocidade desse objeto ao tocar o solo. 
a) v = 50 m/s 
b) v = 40 m/s 
c) v = 32 m/s 
d) v = 20 m/s 
e) v = 10 m/s
 
3. (IFSC) O bate-estacas é um dispositivo muito utilizado na fase inicial de uma construção. Ele é responsável pela colocação das estacas, na maioria das vezes de concreto, que fazem parte da fundação de um prédio, por exemplo. O funcionamento dele é relativamente simples: um motor suspende, através de um cabo de aço, um enorme peso (martelo), que é abandonado de uma altura, por exemplo, de 10m, e que acaba atingindo a estaca de concreto que se encontra logo abaixo. O processo de suspensão e abandono do peso sobre a estaca continua até a estaca estar na posição desejada. 
É CORRETO afirmar que o funcionamento do bate-estacas é baseado no princípio de: 
a) transformação da energia mecânica do martelo em energia térmica da estaca. 
b) conservação da quantidade de movimento do martelo. 
c) transformação da energia potencial gravitacional em trabalho para empurrar a estaca. 
d) colisões do tipo elástico entre o martelo e a estaca. 
e) transformação da energia elétrica do motor em energia potencial elástica do martelo. 
4. Uma criança abandona um objeto do alto de um apartamento de um prédio residencial. Ao chegar ao solo a velocidade do objeto era de 72 Km/h o que equivale a 20 m/s no SI. Admitindo o valor da gravidade como 10 m/s2 e desprezando as forças de resistência do ar, o valor da altura em que o objeto foi abandonado é de: 
a) 10 m 
b) 20 m 
c) 30 m 
d) 40 m 
e) 50 m 
5. Uma mola de constante elástica igual a100,0 N/mencontra-se deformada, de forma que sua energia potencial elástica tem módulo igual a320,0 J. Calcule o valor da deformação apresentada por essa mola em centímetros.
a)320cm
b) 220 cm
c)100cm
d) 80 cm
e)32cm
6. Um corpo de massa igual a 500 g encontra-se numa região na qual a gravidade local tem módulo igual a 9,8 m/s². Sendo a energia potencial gravitacional atribuída a esse corpo igual a 294,0 J, calcule a altura que esse corpo encontra-se em relação ao solo.
a)50m
b)60m
c) 80m
d) 98 m 
e) 294 m
7. 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.
a) 1,2 J 
b) 4J
c) 12J
d) 16 J
e) 20 J 
8. A respeito dos tipos de energia potencial, marque a alternativa incorreta:
a) A energia potencial gravitacional é armazenada em virtude da posição ocupada por um objeto qualquer.
b) A constante elástica de uma mola indica se ela é de fácil ou difícil deformação.
c) A energia potencial elástica é a metade do produto da constante elástica pela deformação sofrida pela mola.
d) A energia potencial elástica é armazenada e num material elástico em virtude de sua de formação.
e) Relacionar o conceito de energia somente à ideia de movimento é um erro, uma vez que, ao ocupar uma posição, um corpo possui energia potencial armazenada.
9. (UCB) Determinado atleta usa 25% da energia cinética obtida na corrida para realizar um salto em altura sem vara. Se ele atingiu a velocidade de 10 m/s, considerando g = 10 m/s2, a altura atingida em razão da conversão de energia cinética em potencial gravitacional é a seguinte:
a) 1,12 m.
b) 1,25 m.
c) 2,5 m.
d) 3,75 m.
e) 5 m.
10. Um objeto de massa 500 g possui energia cinética de 2 kJ. Determine a velocidade desse objeto em m/s.
Dado: Adote √5 = 2,23
a) 44,7
b) 50,4
c) 62,8
d) 36,6
e) 31,6
11 .Um motociclista desloca-se a 72 km/h em uma via retilínea. Em dado momento, a velocidade é alterada para 108 km/h. Sendo a massa do conjunto (moto + motociclista) 350 kg, determine a variação de energia cinética sofrida pelo motociclista.
a) 90 kJ
b) 107,5 kJ
c) 87,5 kJ
d) 97,5 kJ
e) 50 kJ