Teste Final 1
Energia e movimentos
Escola
Data
Nome
N.º
Avaliação
– Ano
H F E N 1 0 G P © P o r t o E d i t o r a
– Turma
Professor(a)
Grupo I
Cotações
Todos os corpos possuem energia resultante da agitação corpuscular das suas partículas e da interação entre elas. No entanto, em muitas situações, ignoramos essa energia e estudamos os sistemas (por exemplo, carros ou bicicletas em movimento) como se fossem puramente mecânicos, reduzindo-os ao seu centro de massa. 1.
Como se designa a energia dos sistemas a que se refere a primeira frase da introdução anterior?
2.
Identifique as condições em que se considera que um sistema é mecânico e pode ser reduzido ao seu centro de massa.
3.
Na descida de um pequeno troço de uma estrada retilínea, o valor da velocidade do carro aumentou para o dobro. Indique qual das afirmações seguintes caracteriza a situação descrita. (A)
A energia potencial do automóvel aumentou e a sua energia cinética diminuiu para metade.
A energia potencial do automóvel aumentou e a sua energia cinética diminuiu quatro vezes. (C) A energia potencial do automóvel diminuiu e a sua energia cinética aumentou para o dobro. (D) A energia potencial do automóvel diminuiu e a sua energia cinética quadruplicou. (B)
Grupo II
É possível transferir energia para os sistemas através da aplicação de forças. A energia transferida depende, para além da intensidade, da direção, do sentido das forças aplicadas e do deslocamento do sistema. 1.
O gráfico seguinte traduz a intensidade das componentes de três forças aplicadas numa caixa que realizam trabalho durante o seu movimento retilíneo sobre uma superfície horizontal. As três forças têm módulo de 20 N. F ef / N
15 10
F 1 F 2
0
s e t s e T
Fig. 1 68
–20
5 d / / m
F 3
8
12
8
1.1.
Identifique a afirmação que está de acordo com os dados do gráfico.
8
As forças » F 1 e F 2 realizam trabalho potente, mas não máximo. (B) A aplicação da força » F 3 faz aumentar a energia cinética da caixa. (C) As forças » F 1 e F 2 têm sentido contrário ao do deslocamento da caixa. (A)
Nenhuma das forças foi aplicada na mesma direção do deslocamento da caixa. 1.2. Qual das representações seguintes caracteriza corretamente a força » F 2 , segundo a escala indicada? (D)
8
5N
(A) 30°
(B) 60°
(C)
(D) 30°
1.3.
Qual das opções seguintes corresponde ao valor da variação de energia cinética da caixa, no deslocamento de 5 m?
8
125 J (B) 225 J (C) 25 J (A)
(D) 2.
5J
Um bloco de madeira, com massa de 500 g, é lançado na base de um plano inclinado com velocidade de módulo 4,0 m s- 1 e sobe sobre ele até parar. parar. Durante o movimento, o bloco está sujeito a uma força de atrito com módulo de 3,0 N.
v i
»
a r o t i d E o t r o P © P G 0 1
N E F H
16
= 4,0 m
30º
Fig. 2 Calcule a distância que o bloco percorre sobre o plano, com 30 o de inclinação, até parar. Apresente Apresen te todas as etapas de resolução. resolução.
s e t s e T
69
Grupo III H F E N 1 0 G P © P o r t o E d i t o r a
Todos os corpos à superfície da Terra, Terra, ou perto dela, estão e stão sujeitos à interação gravítica e, por isso, caem quando são largados de uma determinada altura. Considere o movimento de descida de um bloco, desde que é largado em A até B, em duas calhas diferentes, uma retilínea (I) e outra curvilínea (II). Considere desprezáveis todas as forças resistivas. 1.
Selecione a opção que descreve corretamente o trabalho realizado pelo peso do bloco, , no percurso AB, em cada uma das calhas. » P
8
A
h
Fig. 3 (A)
I
II
B
W P» < W P» , porque o peso do bloco tem menor módulo quando ele desce I
II
sobre a calha I. (B) < » , porque a distância percorrida na calha I é menor que a percorrida » P PII I na calha II. (C) W » = W » , porque o peso do bloco tem t em o mesmo módulo em qualquer ponto PI PII das duas calhas. (D) = » , porque o trabalho realizado pelo peso entre A e B não depende da » P PII I trajetória entre esses pontos. 2.
Indique qual das relações seguintes se pode associar ao trabalho realizado pelo peso do corpo, de massa m, na descida sobre a calha retilínea, cujo comprimento é d . (A)
W P» = - DE p = - m m g g h h
(B)
W P» = - DE p = m m g g h h
(C)
W P» = - DE p = m m g g d
(D)
W P» = D E p = m m g g h h
3.
Indique, justificando, se o bloco pode ser considerado um sistema conservativo.
4.
A energia mecânica do bloco, com massa de 5,0 kg, quando ele se encontra a uma
8
12
16
h
altura do solo, é 60,0 J. Calcule o valor da velocidade do bloco nesse ponto. Apre2 sente todas as etapas de resolução. 5.
Identifique o gráfico que traduz a variação da energia cinética do bloco em função da distância, d , que ele percorre na calha retilínea durante a descida. (A)
s e t s e T
(B)
E c
d
70
(C)
E c
d
(D)
E c
d
E c
d
8
GRUPO IV
Considere a figura seguinte, que representa parte do perfil de uma montanha-russa onde um carrinho se movimenta de A, onde passa com velocidade de módulo v A , para F. F
E
A D C B
h
Fig. 4 1.
h 2
Supondo desprezáveis os efeitos de todas as forças resistivas, qual das expressões seguintes permite calcular o módulo da velocidade do carrinho em B? A
(A)
v B = " 2 g g h h
(C)
v B =
(B)
v B = " g h g h
(D)
2 v B = " g h g h + v A
2
2.
Considerando o carrinho um sistema conservativo, ele poderá subir acima do ponto D, nas condições descritas? Justifique.
3.
Na realidade, os carrinhos que circulam nas montanhas-russas estão sujeitos a forças dissipativas e, por isso, são puxados por um cabo durante as subidas. Considere o movimento de um carrinho, com massa de 200 kg, que sobe com velocidade constante um troço inclinado de uma montanha-russa, a uma altura de 10 m, puxado por um cabo que está ligado a um motor. O trabalho realizado pela força aplicada pelo cabo é 1,2 vezes maior do que o módulo do trabalho realizado pelo peso do carrinho. Qual das afirmações seguintes relativas ao movimento do carrinho na situação descrita está correta? (A) A variação de energia mecânica do carrinho é igual ao trabalho da resultante resultante das forças que atuam sobre ele. (B) O trabalho realizado pelo peso do carrinho é simétrico do trabalho realizado pelas forças não conservativas que atuam sobre ele. (C) A variação da energia cinética do carrinho é simétrica da sua variação de energia potencial. (D) A variação de energia mecânica do carrinho é nula. 3.2. O motor ao qual está ligado o cabo que faz subir o carrinho tem potência de 3,0 kW e a subida do troço inclinado demora 10 s. Calcule o rendimento do processo de transferência de energia do motor para o carrinho. Apresente todas as etapas de resolução. 3.1.
a r o t i d E o t r o P © P G 0 1 N E F H
3.3.
Assinale o resultado correto do trabalho realizado pelas forças de atrito aplicadas aplicadas no carrinho durante esta subida. (A) - 4 kJ (C) 20 kJ (B)
24 kJ
(D)
8
- 20
12
8
12
8
s e t s e T
kJ
71
Grupo V H F E N 1 0 G P © P o r t o E d i t o r a
Para investigar, experimentalmente, transferências e transformações de energia num sistema, um grupo de alunos usou o sensor de movimentos ligado à máquina de calcular. Os alunos deixaram cair a bola debaixo do sensor s ensor e no ecrã da calculadora ca lculadora apareceu a representação gráfica apresentada a seguir. As características da bola e as condições experimentais permitem considerar a resistência do ar desprezável. h / m
2,0 1,5 1,0 0,5
Fig. 5
0
t 3
/ s t /
A partir dos dados do gráfico, registe numa tabela a altura de queda, hq, e a respetiva altura de resalto, r, e use a calculadora gráfica para determinar a função hr = f 1 h hq2 que melhor se ajusta aos valores experimentais da altura de ressalto, hr, em função da altura de queda, q.
2.
Calcule a velocidade com que esta bola colidiria com o solo, imediatamente antes de ressaltar a uma altura de 0,50 m, nas mesmas condições experimentais. Apresente todas as etapas de resolução.
3.
Indique qual das seguintes opções permite determinar a percentagem de energia mecânica dissipada em cada ressalto.
(B) (C)
hq - h r hr hr hq
*
100
100
hq - h r hq
*
*
100
(D) m * g * ( hq - h )r * 100
72
t 2
1.
(A)
s e t s e T
t 1
12
12
8
