Física - Exercícios Extras - StudyHard

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01. Enem2016 - A usina de Itaipu é uma das maiores hidrelétricas do mundo em geração 
de energia. Com 20 unidades geradoras e 14..00 MW de potência total instalada, 
apresenta uma queda de 118,4 m e vazão nominal de 690 m3/s por unidade geradora. O 
cálculo da potência teórica leva em conta a altura da massa de água represada pela 
barragem, a gravidade local (10 m/s2) e a densidade da água (1.000 kg/m3). A diferença 
entre a potência teórica e a instalada é a potência não aproveitada. 
Disponível em: <www.itaipu.gov.br>. Acesso em: 11 maio 2013. Adaptado. 
 
Qual é a potência, em MW, não aproveitada em cada unidade geradora de Itaipu? 
 
 
a) 0 
b) 1,18 
c) 116,96 
d) 816,96 
e) 13.183,04 
 
 
 
 
Resolução: 
Considerando-se densidade da água 1.000 kg/m3, a massa presente em 690 m3 de 
água é igual a: 
 
 
 
 
 
 
 
 
Para uma queda de 118,4 m, a variação de energia potencial, que é convertida em 
energia cinética, para 6,9 · 105 kg de água é dada por: 
 
E = m · g · h 
E = 6,9 · 105 · 10 · 118,4 
E = 8,1696 · 108 J 
 
A potência máxima correspondente a essa energia é de: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Uma vez que a potência total instalada para as 20 unidades é de 14.000 MW, a 
potência para cada unidade é igual a 700 MW. 
A potência não aproveitada em cada unidade geradora de Itaipu é dada pela 
diferença entre a potência teórica e a instalada. Assim, temos: 
 
Pnão aproveitada = Pteórica – Pinstalada 
 
P = 816,96 – 700 
P = 116,96 MW 
 
Gabarito: C 
 
02. Enem2010 - Com o objetivo de se testar a eficiência de fornos de micro-ondas, 
planejou-se o aquecimento em 10 °C de amostras de diferentes substâncias, cada uma 
com determinada massa, em cinco fornos de marcas distintas. 
Nesse teste, cada forno operou à potência máxima. 
O forno mais eficiente foi aquele que 
 
a) forneceu a maior quantidade de energia às amostras. 
b) cedeu energia à amostra de maior massa em mais tempo. 
c) forneceu a maior quantidade de energia em menos tempo. 
d) cedeu energia à amostra de menor calor específico mais lentamente. 
e) forneceu a menor quantidade de energia às amostras em menos tempo. 
 
Resolução: 
 
Potência é determinada pela quantidade de trabalho realizado em certo tempo: 
P = τ / ∆ t. 
Como o trabalho realizado corresponde à quantidade de energia transferida, a 
potência máxima será atingida quando a máxima quantidade de energia for 
transferida em menor tempo. 
 
Gabarito: C 
 
 
 
03. Enem2012 - Os carrinhos de brinquedo podem ser de vários tipos. Dentre eles, há 
os movidos a corda, em que uma mola em seu interior é comprimida quando a 
criança puxa o carrinho para trás. Ao ser solto, o carrinho entra em movimento 
enquanto a mola volta à sua forma inicial. 
 
O processo de conversão de energia que ocorre no carrinho descrito também é 
verificado em 
 
a) um dínamo. 
b) um freio de automóvel. 
c) um motor a combustão. 
d) uma usina hidroelétrica. 
e) uma atiradeira (estilingue). 
 
 
 
Resolução: 
No processo descrito ocorre transformação de energia potencial elástica em energia 
cinética. A mola, ao ser comprimida, armazena energia potencial elástica e, quando a 
mola é solta, essa energia é transformada em energia cinética, que faz o carrinho entrar 
em movimento. 
O mesmo processo é verificado na atiradeira (ou estilingue), no qual um objeto é 
posicionado no elástico e puxado para trás, deformando o elástico e armazenando 
energia potencial elástica. Quando o elástico é solto, essa energia se transforma em 
energia cinética e o objeto entra em movimento. 
Gabarito: E 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
04. Enem2015 - Para irrigar sua plantação, um produtor rural construiu um 
reservatório a 20 metros de altura a partir da barragem de onde será bombeada a 
água. Para alimentar o motor elétrico das bombas, ele instalou um painel fotovoltaico. 
A potência do painel varia de acordo com a incidência solar, chegando a um valor de 
pico de 80 W ao meio-dia. Porém, entre as 11 horas e 30 minutos e as 12 horas e 30 
minutos, disponibiliza uma potência média de 50 W. Considere a aceleração da 
gravidade igual a 10 m/s2 e uma eficiência de transferência energética de 100%. 
 
Qual é o volume de água, em litros, bombeado para o reservatório no intervalo de 
tempo citado? 
 
 
a) 150 
b) 250 
c) 450 
d) 900 
e) 1.440 
 
 
 
Resolução: 
Dado que, entre as 11h30 e as 12h30, o painel fotovoltaico disponibiliza uma 
potência média de 50 W, a energia disponibilizada nesse intervalo de tempo (1 h = 
3.600 s) é igual a: 
 
 
 
 
 
 
 
Admitindo-se que essa quantidade de energia seja obtida por meio da conversão de 
energia potencial gravitacional, temos: 
 
Epot = m · g · h 
1,8 · 105 = m · 10 · 20 
m = 9,0 · 102 kg 
 
 
 
Considerando-se que a densidade da água seja de 1,0 kg/L, essa massa de água 
corresponde a: 
 
 
 
 
 
 
 
Gabarito: D 
 
05. Enem2015 - Um carro solar é um veículo que utiliza apenas a energia solar para a sua 
locomoção. Tipicamente, o carro contém um painel fotovoltaico que converte a energia 
do Sol em energia elétrica que, por sua vez, alimenta um motor elétrico. A imagem mostra 
o carro solar Tokai Challenger, desenvolvido na Universidade de Tokai, no Japão, e que 
venceu o World Solar Challenge de 2009, uma corrida internacional de carros solares, 
tendo atingido uma velocidade média acima de 100 km/h. 
 
 
Disponível em: <www.physics.hku.hk>. Acesso em: 3 jun. 2015. 
 
Considere uma região plana onde a insolação (energia solar por unidade de tempo e de 
área que chega à superfície da Terra) seja de 1 000 W/m2, que o carro solar possua 
massa de 200 kg e seja construído de forma que o painel fotovoltaico em seu topo tenha 
uma área de 9,0 m2 e rendimento de 30%. 
Desprezando as forças de resistência do ar, o tempo que esse carro solar levaria, a partir 
do repouso, para atingir a velocidade de 108 km/h é um valor mais próximo de: 
 
a) 1,0 s. 
b) 4,0 s. 
c) 10 s. 
 
 
d) 33 s. 
e) 300 s. 
 
 
 
 
 
Resolução: 
Considerando-se que a energia solar por unidade de tempo e de área que chega à 
superfície da Terra seja de 1 000 W/m2, a potência que chega ao carro solar é de: 
1000 W __________ 1 m2 
 P1 __________ 9 m2 
P1 = 9000 W 
Uma vez que o painel fotovoltaico tem eficiência de 30%, a potência P1 é reduzida a: 
9000 W __________ 100% 
 P2 __________ 30% 
P2 = 2700 W 
Considerando-se que o automóvel parte do repouso (velocidade inicial nula) e que a 
velocidade final seja de 108 km/h (30 m/s), temos: 
P = E / t 
P = Ecin / t 
P = (m . vf2/2) – (m . vi2/2) / t 
2700 = {[200 . (30)2 / 2] – 0} / t 
t = 33,3 s 
Gabarito: D 
 
06. Enem2015 - Uma análise criteriosa do desempenho de Usain Bolt na quebra do 
recorde mundial dos 100 metros rasos mostrou que, apesar de ser o último dos 
corredores a reagir ao tiro e iniciar a corrida, seus primeiros 30 metros foram os mais 
velozes já feitos em um recorde mundial, cruzando essa marca em 3,78 segundos. Até se 
colocar com o corpo reto, foram 13 passadas, mostrando sua potência durante a 
aceleração, o momento mais importante da corrida. Ao final desse percurso, Bolt havia 
atingido a velocidade máxima de 12 m/s. 
Disponível em: <www.esporte.uol.com.br>. Acesso em: 5 ago. 2012 (Adaptado). 
 
Supondo que a massa desse corredor seja igual a 90 kg, o trabalho total realizado nas 13 
primeiras passadas é mais próximo de: 
 
a) 5,4 × 102 J. 
b) 6,5 × 103 J. 
c) 8,6 × 103 J. 
d) 1,3 × 104 J. 
e) 3,2 × 104 J. 
 
 
 
 
 
Resolução: 
O trabalho realizado ao longo das 13 primeiras passadas pode ser calculado através 
do teorema da energia cinética. Considerando-se que o atleta partiu do repouso, a 
energia cinética inicial é nula e, portanto, temos: 
 = (m . vf2/2) – (m . vi2/2) 
 = [90 . (12)2/2] – 0 
 = 6,48.103 J ≈ 6,5.103 J 
Gabarito: B 
 
07. Enem2016 - Num dia em que atemperatura ambiente é de 37 °C, uma pessoa, com 
essa mesma temperatura corporal, repousa à sombra. Para regular sua temperatura 
corporal e mantê-la constante, a pessoa libera calor através da evaporação do suor. 
Considere que a potência necessária para manter seu metabolismo é 120 W e que, 
nessas condições, 20% dessa energia é dissipada pelo suor, cujo calor de vaporização é 
igual ao da água (540 cal/g). Utilize 1 cal igual a 4 J. 
Após duas horas nessa situação, que quantidade de água essa pessoa deve ingerir para 
repor a perda pela transpiração? 
 
a) 0,8 g 
b) 0,44 g 
c) 1,30 g 
d) 1,80 g 
e) 80,0 g 
 
 
Resolução: 
A quantidade de energia total ao longo de duas horas, considerando-se potência de 
120 W, é dada por: 
 
E = P · Δt 
E = 120 · 2 · 3.600 
E = 8,64 · 105 J 
 
 
 
 
 
Considerando-se que 20% dessa energia é dissipada pelo suor, temos: 
8,64 · 105 J — 100% 
Ediss — 20% 
Ediss = 1,73 · 105 J 
Admitindo que essa energia seja usada para vaporização da água, e que 1 cal = 4 J, a 
quantidade de água vaporizada ao longo de duas horas é igual a: 
Q = m · L 
 
m = 80,1 g 
 
Gabarito: E 
08. Enem2016 - Durante a primeira fase do projeto de uma usina de geração de energia 
elétrica, os engenheiros da equipe de avaliação de impactos ambientais procuram saber 
se esse projeto está de acordo com as normas ambientais. A nova planta estará 
localizada à beira de um rio, cuja temperatura média da água é de 25 °C, e usará a sua 
água somente para refrigeração. O projeto pretende que a usina opere com 1,0 MW de 
potência elétrica e, em razão de restrições técnicas, o dobro dessa potência será 
dissipada por seu sistema de arrefecimento, na forma de calor. Para atender a resolução 
número 430, de 13 de maio de 2011, do Conselho Nacional do Meio Ambiente, com uma 
ampla margem de segurança, os engenheiros determinaram que a água só poderá ser 
devolvida ao rio com um aumento de temperatura de, no máximo, 3 °C em relação à 
temperatura da água do rio captada pelo sistema de arrefecimento. Considere o calor 
específico da água igual a 4 kJ/(kg°C). Para atender essa determinação, o valor mínimo 
do fluxo de água, em kg/s, para a refrigeração da usina deve ser mais próximo de 
 
a) 42. 
b) 84. 
c) 167. 
d) 250. 
e) 500. 
 
 
 
Resolução: 
Considerando-se que deve ser dissipada uma potência de 2,0 MW, a quantidade de 
energia dissipada por segundo é de: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A massa de água necessária para o resfriamento da planta, admitindo-se que o 
aumento de temperatura da água seja de 3 °C, é igual a: 
 
Q = m · c · Δθ 
2 · 106 = m · 4 · 3 
m = 166,67 kg 
Gabarito: C 
 
09. Enem2018 - Um projetista deseja construir um brinquedo que lance um pequeno 
cubo ao longo de um trilho horizontal, e o dispositivo precisa oferecer a opção de mudar 
a velocidade de lançamento. Para isso, ele utiliza uma mola e um trilho onde o atrito 
pode ser desprezado, conforme a figura. 
 
 
 
Para que a velocidade de lançamento do cubo seja aumentada quatro vezes, o projetista 
deve 
 
a) manter a mesma mola e aumentar duas vezes a sua deformação. 
b) manter a mesma mola e aumentar quatro vezes a sua deformação. 
c) manter a mesma mola e aumentar dezesseis vezes a sua deformação. 
d) trocar a mola por outra de constante elástica duas vezes maior e manter a 
deformação. 
e) trocar a mola por outra de constante elástica quatro vezes maior e manter a 
deformação. 
 
Resolução: 
A energia potencial elástica, armazenada na mola, é dada por: 
E = k · x2 / 2 
A energia potencial cinética do bloco em movimento é dada por: 
E = m · v2 / 2 
 
 
Admitindo que a energia potencial elástica seja convertida a energia cinética, temos 
a seguinte igualdade: 
k · x2 / 2 = m · v2 / 2 
Assim, o quadrado da velocidade é diretamente proporcional ao quadrado da 
deformação da mola, ou seja, a velocidade é diretamente proporcional à deformação 
e uma forma de quadruplicar a velocidade de lançamento seria quadruplicar a 
deformação. 
Gabarito: B 
10. Enem2019 - Numa feira de ciências, um estudante utilizará o disco de Maxwell 
(ioiô) para demonstrar o princípio da conservação da energia. A apresentação 
consistirá em duas etapas. 
Etapa 1: a explicação de que, à medida que o disco desce, parte de sua energia 
potencial gravitacional é transformada em energia cinética de translação e energia 
cinética de rotação; 
Etapa 2: o cálculo da energia cinética de rotação do disco no ponto mais baixo de sua 
trajetória, supondo o sistema conservativo. Ao preparar a segunda etapa, ele 
considera a aceleração da gravidade igual a 10 ms–2 e a velocidade linear do centro 
de massa do disco desprezível em comparação com a velocidade angular. Em 
seguida, mede a altura do topo do disco em relação ao chão no ponto mais baixo de 
sua trajetória, obtendo da altura da haste do brinquedo. 
As especificações de tamanho do brinquedo, isto é, de comprimento (C), largura (L) e 
altura (A), assim como da massa de seu disco de metal, foram encontradas pelo 
estudante no recorte de manual ilustrado a seguir. 
 
 
 
 
 
Conteúdo: base de metal, 
hastes metálicas, barra 
superior, disco de metal. 
Tamanho (C × L × A): 300 
mm × 100 mm × 410 mm 
Massa do disco de metal: 30g 
 
O resultado do cálculo da etapa 2, em joule, é: 
 
a) 4,10 × 10–2 
b) 8,20 × 10–2 
c) 1,23 × 10–1 
d) 8,20 × 104 
e) 1,23 × 105 
 
Resolução: 
Supondo que o sistema seja conservativo, a energia cinética de rotação é 
aproximadamente igual à diferença de energia potencial entre o ponto inicial e o 
ponto cuja altura é 2h/3. Assim, o cálculo da energia cinética de rotação do disco no 
ponto mais baixo de sua trajetória leva a 
Erot = m·g·h 
Erot = m·g·(2h/3) 
Erot = 0,03·10·(0,82/3) 
Erot = 8,2·10–2 J 
Gabarito: B