Resolução: Energia e Trabalho

01. (ENEM Digital 2020) O custo de implantação de redes de transmissão aumenta linearmente com a distância da hidroelétrica, de modo que a partir de uma certa distância, o uso de energia solar fotovoltaica, que não depende da distância, é favorecido. Assim, em regiões isoladas da Amazônia, como é muito caro levar energia elétrica produzida por hidroelétricas através de redes de transmissão, o uso da energia solar fotovoltaica torna-se uma alternativa viável.

Dessa forma, o gráfico que representa qualitativamente os custos do uso de energia solar fotovoltaica (ESF) e da implantação de redes de transmissão (RT) em função da distância é

02. (ENEM PPL 2020) Um agricultor deseja utilizar um motor para bombear água (ρágua = 1 kg L⁻¹) de um rio até um reservatório onde existe um desnível de 30 m de altura entre o rio e o reservatório, como representado na figura. Ele necessita de uma vazão constante de 3 600 litros de água por hora. Considere a aceleração da gravidade igual a 10 m s⁻².

Considerando a situação apresentada e desprezando efeitos de perdas mecânicas e elétricas, qual deve ser a potência mínima do motor para realizar a operação?

1. 1,0 × 10¹ W
2. 5,0 × 10¹ W
3. 3,0 × 10² W
4. 3,6 × 10⁴ W
5. 1,1 × 10⁶ W

3. (Enem 2019) 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 10m s⁻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$\frac{1}{3}$ 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: 30 g

O resultado do cálculo da etapa 2, em joule, é:

1. 4,10 × 10⁻²
2. 8,20 × 10⁻²
3. 1,23 × 10⁻¹
4. 8,20 × 10⁴
5. 1,23 × 10⁵

4. (Enem 2018) 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

1. manter a mesma mola e aumentar duas vezes a sua deformação.
2. manter a mesma mola e aumentar quatro vezes a sua deformação.
3. manter a mesma mola e aumentar dezesseis vezes a sua deformação.
4. trocar a mola por outra de constante elástica duas vezes maior e manter a deformação.
5. trocar a mola por outra de constante elástica quatro vezes maior e manter a deformação.

Energia e Trabalho Mecânica

5. (Enem 2018 PPL) Um carrinho de brinquedo funciona por fricção. Ao ser forçado a girar suas rodas para trás, contra uma superfície rugosa, uma mola acumula energia potencial elástica. Ao soltar o brinquedo, ele se movimenta sozinho para frente e sem deslizar.

Quando o carrinho se movimenta sozinho, sem deslizar, a energia potencial elástica é convertida em energia cinética pela ação da força de atrito

1. dinâmico na roda, devido ao eixo.
2. estático na roda, devido à superfície rugosa.
3. estático na superfície rugosa, devido à roda.
4. dinâmico na superfície rugosa, devido à roda.
5. dinâmico na roda, devido à superfície rugosa.

6. (Enem 2017) A figura mostra o funcionamento de uma estação híbrida de geração de eletricidade movida a energia eólica e biogás. Essa estação possibilita que a energia gerada no parque eólico seja armazenada na forma de gás hidrogênio, usado no fornecimento de energia para a rede elétrica comum e para abastecer células a combustível.

Mesmo com ausência de ventos por curtos períodos, essa estação continua abastecendo a cidade onde está instalada, pois o(a)

1. planta mista de geração de energia realiza eletrólise para enviar energia à rede de distribuição elétrica.
2. hidrogênio produzido e armazenado é utilizado na combustão com o biogás para gerar calor e eletricidade.
3. conjunto de turbinas continua girando com a mesma velocidade, por inércia, mantendo a eficiência anterior.
4. combustão da mistura biogás-hidrogênio gera diretamente energia elétrica adicional para a manutenção da estação.
5. planta mista de geração de energia é capaz de utilizar todo o calor fornecido na combustão para a geração de eletricidade.

7. (Enem 2017) O brinquedo pula-pula (cama elástica) é composto por uma lona circular flexível horizontal presa por molas à sua borda. As crianças brincam pulando sobre ela, alterando e alternando suas formas de energia. Ao pular verticalmente, desprezando o atrito com o ar e os movimentos de rotação do corpo enquanto salta, uma criança realiza um movimento periódico vertical em torno da posição de equilíbrio da lona (h=0), passando pelos pontos de máxima e de mínima alturas, h_ve h_v, respectivamente.

Esquematicamente, o esboço do gráfico da energia cinética da criança em função de sua posição vertical na situação descrita é:

8. (Enem 2016) A usina de Itaipu é uma das maiores hidrelétricas do mundo em geração de energia. Com 20 unidades geradoras e 14 000 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?

1. 0
2. 1,18
3. 116,96
4. 816,96
5. 13 183,04

9. (Enem 2016 PPL) Para reciclar um motor de potência elétrica igual a 200 W, um estudante construiu um elevador e verificou que ele foi capaz de erguer uma massa de 80 kg a uma altura de 3 metros durante 1 minuto. Considere a aceleração da gravidade 10,0 m/s²

Qual a eficiência aproximada do sistema para realizar tal tarefa?

1. 10%
2. 20%
3. 40%
4. 50%
5. 100%

10. (Enem 2015 – 2ª Aplicação) 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?

1. 150
2. 250
3. 450
4. 900
5. 1 440

11. (Enem 2015) Um garoto foi à loja comprar um estilingue e encontrou dois modelos: um com borracha mais "dura" e outro com borracha mais "mole". O garoto concluiu que o mais adequado seria o que proporcionasse maior alcance horizontal, D, para as mesmas condições de arremesso, quando submetidos à mesma força aplicada. Sabe-se que a constante elástica k_d (do estilingue mais "duro") é o dobro da constante elástica k_m (do estilingue mais "mole").

A razão entre os alcances D_d/D_m, referentes aos estilingues com borrachas "dura" e "mole", respectivamente, é igual a

1. 1/4
2. 1/2
3. 1
4. 2
5. 4

12. (Enem 2015) 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.

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

1. 1,0 s.
2. 4,0 s.
3. 10 s.
4. 33 s.
5. 300 s.

13. (Enem 2015) 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: http://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:

1. 5,4×10² J
2. 6,5×10³ J
3. 8,6×10³ J
4. 1,3×10⁴ J
5. 3,2×10⁴ J

14. (Enem 2012) 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

1. um dínamo.
2. um freio de automóvel.
3. um motor a combustão.
4. uma usina hidroelétrica.
5. uma atiradeira (estilingue).

15. (Enem 2012) Suponha que você seja um consultor e foi contratado para assessorar a implantação de uma matriz energética em um pequeno país com as seguintes características: região plana, chuvosa e com ventos constantes, dispondo de poucos recursos hídricos e sem reservatórios de combustíveis fósseis.

De acordo com as características desse país, a matriz energética de menor impacto e risco ambientais é a baseada na energia

1. dos biocombustíveis, pois tem menor impacto ambiental e maior disponibilidade.
2. solar, pelo seu baixo custo e pelas características do país favoráveis à sua implantação.
3. nuclear, por ter menor risco ambiental e ser adequada a locais com menor extensão territorial.
4. hidráulica, devido ao relevo, à extensão territorial do país e aos recursos naturais disponíveis.
5. eólica, pelas características do país e por não gerar gases do efeito estufa nem resíduos de operação.