Física 20 B Flashcards
(14 cards)
Qual é a definição de energia, sua unidade no Sistema Internacional e como ela se relaciona com o trabalho e as diferentes formas de energia?
Energia é a capacidade de realizar trabalho, que ocorre quando uma força provoca deslocamento. No Sistema Internacional, a unidade de energia é o joule (J). Existem diversas formas de energia, como mecânica, nuclear, química, elétrica e calor, que podem se transformar entre si. O trabalho e o calor são formas de transferência de energia, como visto no efeito Joule, estudado em física.
O que é energia cinética, como ela é calculada e como a velocidade do corpo influencia seu valor?
Energia cinética é a energia associada ao movimento de um corpo, como um carro em velocidade. Sua fórmula é Ec = (1/2)mv², onde m é a massa e v é a velocidade. Quanto maior a velocidade, maior a energia cinética, pois a velocidade é elevada ao quadrado na fórmula.
Como calcular a energia cinética de um corpo, qual é a relação entre a variação da energia cinética e o trabalho segundo o teorema da energia cinética, e como aplicar esse teorema em um exemplo onde a energia cinética aumenta?
A energia cinética de um corpo em movimento é calculada pela fórmula Ec = (1/2)mv², onde m é a massa e v é a velocidade. O teorema da energia cinética estabelece que o trabalho realizado pela força resultante é igual à variação da energia cinética (W = ΔEc = Ec,final - Ec,inicial). Esse teorema é aplicado em situações com mudança no movimento do corpo, como em exemplos onde a energia cinética aumenta, sendo útil para determinar o trabalho envolvido.
Como calcular o tempo necessário para um carro solar, com painel de 9 m² e rendimento de 30%, atingir 108 km/h, considerando que o trabalho realizado é 90.000 J, conforme a questão 11 do Enem 2015?
Na questão 11 do Enem 2015, um carro solar com painel de 9 m² converte 30% da energia solar em energia cinética, atingindo 108 km/h. O trabalho realizado pela força resultante é 90.000 J, e o teorema da energia cinética (W = ΔEc) é usado para relacionar o trabalho à variação da energia cinética. A potência (P = W/t) permite calcular o tempo, que resulta em aproximadamente 33 segundos. A questão exige entender a fórmula de potência e o teorema da energia cinética, sendo desafiadora para muitos alunos.
Como calcular o trabalho total realizado por Usain Bolt, com massa de 90 kg, ao atingir 12 m/s em 13 passadas, usando o teorema da energia cinética, conforme uma questão do Enem 2015?
Em uma questão do Enem 2015, o trabalho total realizado por Usain Bolt, com massa de 90 kg, ao atingir 12 m/s em 13 passadas, é calculado usando o teorema da energia cinética, que estabelece que o trabalho da força resultante é igual à variação da energia cinética (W = ΔEc = Ec,final - Ec,inicial). Considerando que Bolt parte do repouso (Ec,inicial = 0), a energia cinética final é Ec = (1/2)mv², e o trabalho total é determinado por essa variação.
Como calcular a velocidade de um corpo de 50 kg, partindo do repouso, após deslocar 20 metros, usando o teorema da energia cinética, em uma questão que combina conceitos de diferentes tópicos, como o Enem 2015?
Em uma questão que mistura tópicos, como no Enem 2015, o teorema da energia cinética é usado para calcular a velocidade de um corpo de 50 kg, inicialmente em repouso, após deslocar 20 metros. O teorema estabelece que o trabalho da força resultante é igual à variação da energia cinética (W = ΔEc). Como o corpo parte do repouso (Ec,inicial = 0), a energia cinética final (Ec = (1/2)mv²) depende do trabalho realizado. Resolvendo, a velocidade final é 2 m/s. Questões assim desafiam os alunos por combinarem conceitos de força, trabalho e energia, exigindo domínio integrado dos tópicos.
Como calcular o trabalho realizado pela força de atrito em um carro de 2000 kg movendo-se a 108 km/h, considerando que o método comum de usar força de atrito, peso e deslocamento não é adequado, conforme um exemplo do Enem?
Em um exemplo inspirado no Enem, o trabalho realizado pela força de atrito em um carro de 2000 kg a 108 km/h não pode ser calculado diretamente usando a relação entre força de atrito, peso e deslocamento, como muitos alunos tentam. O teorema da energia cinética (W = ΔEc) é mais apropriado, onde o trabalho da força de atrito é relacionado à variação da energia cinética do carro. A resolução exige identificar corretamente as forças envolvidas e sua contribuição para a mudança de energia, destacando a importância de integrar conceitos de força, trabalho e energia cinética. Negativo pq a força é contrária ao deslocamento.
O que significa trabalho negativo e como o teorema da energia cinética é aplicado em uma questão envolvendo uma partícula em um campo elétrico uniforme, onde a força atua contra o deslocamento?
Trabalho negativo ocorre quando a força é contrária ao deslocamento, reduzindo a energia cinética do corpo. Em um exemplo com uma partícula abandonada em um campo elétrico uniforme, o teorema da energia cinética (W = ΔEc) é usado, onde o trabalho da força resultante (elétrica, neste caso) é igual à variação da energia cinética. A partícula ganha velocidade, e o trabalho é calculado substituindo os valores de energia cinética inicial e final, exigindo integração de conceitos de eletricidade e energia cinética.
Como calcular a energia potencial gravitacional de um corpo de 10 kg em diferentes alturas (pontos A, B e C) em relação ao chão, e qual é o trabalho realizado pela força peso entre os pontos A e C, considerando que a força resultante é o peso e o deslocamento é vertical?
A energia potencial gravitacional é calculada pela fórmula $ E_p = m \cdot g \cdot h $, onde $ m $ é a massa, $ g $ é a aceleração da gravidade (aproximadamente 10 m/s²), e $ h $ é a altura em relação ao referencial (chão). Para um corpo de 10 kg, as energias potenciais nos pontos A, B e C são determinadas pelas alturas respectivas, resultando, por exemplo, em 2000 J, 1000 J e 150 J. O trabalho realizado pela força resultante (peso) de A até C é dado pelo teorema da energia cinética ou diretamente por $ W = F \cdot d \cdot \cos\theta $, onde $ F $ é o peso, $ d $ é o deslocamento vertical (diferença de altura entre A e C), e $ \theta = 0^\circ $ (força peso e deslocamento na mesma direção), ou seja, $ W = \Delta E_p = E_{p,A} - E_{p,C} $. Assim, o trabalho depende da variação da energia potencial gravitacional, e o ângulo entre força e deslocamento é zero, simplificando o cálculo.
Como calcular o trabalho realizado pela força peso e pela pessoa em um sistema com roldana fixa e móvel, considerando um bloco de 50 kg elevado a 3 metros, e como a energia potencial gravitacional se relaciona com esses trabalhos?
O trabalho da força peso em um bloco de 50 kg elevado a 3 metros é W = -mgh, onde m = 50 kg, g = 10 m/s², e h = 3 m, resultando em W = -1500 J (negativo, pois a força peso é oposta ao deslocamento). Esse trabalho está ligado à variação da energia potencial gravitacional (ΔEp = mgh = 1500 J). Com roldana fixa, a pessoa realiza trabalho igual à energia potencial do bloco (1500 J), aplicando força igual ao peso. Com roldana móvel, a força é reduzida (250 N), mas o deslocamento da corda é dobrado, mantendo o trabalho total em 1500 J. Em ambos os casos, o trabalho da pessoa equivale à energia potencial gravitacional do bloco.
Como calcular a energia potencial elástica de uma mola, e como a energia potencial elástica varia entre duas situações em que a deformação da mola é de 20 cm e 10 cm, com a mesma constante elástica de 2000 N/m?
A energia potencial elástica de uma mola deformada (esticada ou comprimida) é calculada pela fórmula Ep = (1/2)kx², onde k é a constante elástica e x é a deformação. Para uma mola com k = 2000 N/m, na situação 1 com deformação de 20 cm (x = 0,2 m), a energia potencial elástica é Ep = (1/2) · 2000 · (0,2)² = 40 J. Na situação 2, com deformação de 10 cm (x = 0,1 m), é Ep = (1/2) · 2000 · (0,1)² = 10 J. Como a energia depende de x², a deformação na situação 1 é o dobro da situação 2 (0,2/0,1 = 2), e a energia é quatro vezes maior (2² = 4), ou seja, 40 J é quatro vezes 10 J.
Como calcular a energia potencial elástica de uma mola de duas formas, usando a fórmula Ep = (1/2)kx² e a área sob o gráfico da força elástica, e como esses métodos se aplicam a uma mola com constante elástica k = 2000 N/m e deformação de 20 cm?
A energia potencial elástica de uma mola pode ser calculada de dois modos: 1) Pela fórmula Ep = (1/2)kx², onde k é a constante elástica e x é a deformação. 2) Pela área sob o gráfico da força elástica (F = kx) versus deformação, que forma um triângulo de área (1/2) · F · x. Para uma mola com k = 2000 N/m e deformação de 20 cm, ambos os métodos dão o mesmo resultado. A força elástica é F = kx. Esses métodos são úteis em provas discursivas, como no Enem, integrando conceitos de energia, força e gráficos.
Como calcular a energia potencial elástica armazenada em uma mola com constante elástica k nas situações 1 e 2, onde um bloco de 2 kg resulta em 2 J de energia potencial elástica e um bloco de 4 kg é pendurado na mesma mola, considerando que o sistema está em equilíbrio?
A energia potencial elástica de uma mola é dada por Ep = (1/2)kx². Na situação 1, um bloco de 2 kg em equilíbrio gera Ep = 2 J. Como o sistema está em equilíbrio, a força elástica (F = kx) iguala o peso (P = mg), onde m = 2 kg, g = 10 m/s², então kx₁ = 20 N. Usando Ep = (1/2)kx₁² = 2 J, calcula-se k. Na situação 2, um bloco de 4 kg gera peso P = 4 · 10 = 40 N, e a deformação x₂ é maior. Como Ep ∝ x² e o peso dobra, a energia potencial elástica na situação 2 é maior, calculada com a mesma k e nova deformação x₂. O equilíbrio permite relacionar kx = mg, e a energia potencial elástica é encontrada usando a fórmula ou proporções entre as deformações.
