F091ª série do Ensino Médio10 exercíciosSimulador autoral
Energia não se cria nem se perde: ela muda de forma. Uma mola comprimida guarda energia, que vira movimento e depois altura. No simulador, uma mola lança um bloco numa pista com rampa e as barras mostram cada forma de energia o tempo todo, com e sem atrito.
Antes, convém saber: Energia e suas transformações, Dinâmica: aplicações das leis de Newton, Movimento uniformemente variado (MUV)
Uma força constante $F$ que age ao longo de um deslocamento $d$ realiza o trabalho $\tau=F\,d\cos\theta$, em joules, sendo $\theta$ o ângulo entre a força e o deslocamento. A favor do movimento, $\tau>0$; contra (como o atrito), $\tau<0$; perpendicular (como a normal num piso), $\tau=0$. O trabalho do peso é $\pm m\,g\,h$ e só depende do desnível, não do caminho.
Potência é a rapidez com que se realiza trabalho: $P=\frac{\tau}{\Delta t}$, em watts ($1\,\text{W}=1\,\text{J/s}$). Para uma força a favor do movimento, $P=F\,v$. O rendimento compara o que se aproveita com o que se gasta: $\eta=\frac{P_{\text{útil}}}{P_{\text{total}}}$. Atenção: kWh é unidade de energia (potência × tempo), não de potência.
Todo corpo em movimento tem energia cinética $E_c=\frac{m\,v^2}{2}$. Como a velocidade está ao quadrado, dobrar $v$ quadruplica $E_c$. O trabalho de todas as forças é igual à variação da energia cinética: $\tau_{\text{total}}=\Delta E_c$.
É energia guardada pela posição. Gravitacional: $E_p=m\,g\,h$, com $h$ medido a partir de um nível de referência que você escolhe. Elástica: uma mola de constante $k$ deformada de $x$ faz a força $F=k\,x$ (lei de Hooke) e guarda $E_{el}=\frac{k\,x^2}{2}$.
A energia mecânica é $E_m=E_c+E_p$. Sem atrito e sem resistência do ar, ela se conserva: o que uma forma perde, a outra ganha. Por isso, um corpo que desce uma altura $h$ partindo do repouso chega com $v=\sqrt{2\,g\,h}$, qualquer que seja a massa e a forma da rampa.
O atrito realiza trabalho negativo e a energia mecânica diminui: $E_{m,\text{final}}=E_{m,\text{inicial}}+\tau_{at}$. A energia não some: ela vira energia térmica (aquecimento) e som. A energia total continua a mesma.
Carregando o simulador…
Abrir só o simulador em outra aba · feito em HTML pelo Prof. Luis Teixeira
Uma mola de constante $k=200$ N/m, comprimida $30$ cm, lança um bloco de $0{,}5$ kg sobre uma pista sem atrito que sobe uma rampa. Com que velocidade o bloco deixa a mola e até que altura ele sobe?
Um carro de $1000$ kg a $20$ m/s freia até parar em $40$ m. Qual a força média de frenagem?
Resolva no papel antes de abrir a resposta. Conferir cedo demais atrapalha o aprendizado.
Uma força de $50$ N puxa uma caixa por $4$ m, na mesma direção e sentido do deslocamento. Qual o trabalho realizado?
Qual a energia cinética de um carro de $800$ kg a $20$ m/s?
Qual a energia potencial gravitacional de um vaso de $2$ kg numa prateleira a $1{,}5$ m do chão (referência no chão)?
Um motor ergue uma carga de $100$ kg a $6$ m de altura, com velocidade constante, em $10$ s. Qual a potência útil?
Uma força de $100$ N, inclinada $60^\circ$ acima da horizontal, puxa um trenó por $10$ m num chão horizontal. Qual o trabalho dessa força? E o da normal?
Uma pedra é solta de $20$ m de altura. Desprezando o ar, com que velocidade ela chega ao chão?
Uma mola de constante $200$ N/m está comprimida $10$ cm. Quanta energia ela armazena?
A velocidade de um corpo de $2$ kg passa de $3$ m/s para $5$ m/s. Qual o trabalho da força resultante?
Um skatista de $50$ kg parte do repouso no alto de uma rampa de $5$ m de altura e chega embaixo a $8$ m/s. Quanta energia mecânica foi dissipada?
Uma mola de constante $200$ N/m, comprimida $0{,}2$ m, lança um bloco de $0{,}5$ kg sobre um piso horizontal com coeficiente de atrito cinético $0{,}4$. Desprezando o atrito enquanto a mola se distende, que distância o bloco percorre até parar?
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