A Energia mecânica é um dos mais importantes temas da Física e é muito comum nas provas de Ciências da Natureza e suas Tecnologias do Enem. Por isso, o Vestibular Brasil Escola traz hoje para você algumas dicas para ajudá-lo a estudar e a se sair bem nas possíveis questões sobre esse tema no Exame Nacional do Ensino Médio.
As questões sobre energia mecânica no Enem podem abordar os seguintes conteúdos: relação entre trabalho e energia, os conceitos de energia potencial e de energia cinética, conservação de energia mecânica e as formas de dissipação de energia.
Diante da relevância e da quantidade significativa de questões sobre energia mecânica no Enem, hoje vamos revisar alguns conceitos, além de analisar algumas questões que já caíram no exame sobre o tema.
Veja os principais conceitos:
Energia mecânica é a forma de energia relacionada com o movimento dos corpos. Ela pode ser de dois tipos: cinética e potencial. Seu cálculo é feito pela soma desses tipos de energia através da seguinte expressão:
E = K + Ep
A energia cinética, representada pela letra k, é característica dos corpos que apresentam movimento em relação a um determinado referencial. Sendo assim, somente possuem energia cinética os corpos que estão em movimento a uma determinada velocidade. Matematicamente, ela pode ser calculada com a equação:
K = m.v2
2
Já a energia potencial (Ep) é o tipo de energia que pode ser armazenado por um corpo em razão de sua posição, oferecendo a esse corpo capacidade de entrar em movimento. Ela pode ser transformada em energia cinética.
A energia potencial pode ser classificada de duas formas:
Energia potencial gravitacional: está associada à altura que um objeto ocupa em relação ao solo. Ela pode ser transformada em energia cinética durante a queda desse corpo. A expressão matemática utilizada para descrever essa forma de energia é:
Epg = m.g.h
Energia potencial elástica: corresponde à capacidade de um corpo de realizar trabalho, ou seja, de entrar em movimento pela força elástica aplicada sobre ele. Sua expressão matemática é
Epel = k.x2
2
*k é a constante elástica da mola
As provas anteriores do Enem não abordaram definições dos tipos de energia especificamente, mas é indispensável conhecê-los para se sair bem em questões sobre o tema mais recorrente, que é o princípio da conservação de energia mecânica.
O enunciado do teorema da conservação de energia mecânica é o seguinte:
“A energia mecânica total de um sistema isolado é constante, havendo apenas transformação de energia cinética em algum tipo de energia potencial ou vice-versa”.
Confira agora a resolução de questões sobre energia no Enem e veja como é a abordagem do conteúdo.
QUESTÃO 85 – caderno amarelo da prova de 2011
Uma das modalidades presentes nas olimpíadas é o salto com vara. As etapas de um dos saltos de um atleta são representadas na figura:
Representação das etapas de um salto com vara realizado por um atleta
Desprezando-se as forças dissipativas (resistência do ar e atrito), para que o salto atinja a maior altura possível, ou seja, o máximo de energia seja conservado, é necessário que
a) a energia cinética, representada na etapa I, seja totalmente convertida em energia potencial elástica representada na etapa IV.
b) a energia cinética, representada na etapa II, seja totalmente convertida em energia potencial gravitacional, representada na etapa IV.
c) a energia cinética, representada na etapa I, seja totalmente convertida em energia potencial gravitacional, representada na etapa III.
d) a energia potencial gravitacional, representada na etapa II, seja totalmente convertida em energia potencial elástica, representada na etapa IV.
e) a energia potencial gravitacional, representada na etapa I, seja totalmente convertida em energia potencial elástica, representada na etapa III.
Resolução
A questão envolve a transformação de energia cinética em energia potencial. Observando as figuras, façamos uma análise de cada parte:
Etapa I: a energia cinética é máxima, pois o atleta está em movimento e não possui nenhuma outra forma de energia mecânica.
Etapa II: o atleta já se elevou a uma determinada altura, então, parte de sua energia cinética já foi transformada em energia potencial gravitacional. Nesse ponto, ele possui as duas formas de energia.
Etapa III: o atleta atinge sua altura máxima, portanto, esse é o ponto de maior energia potencial gravitacional. É nessa etapa também que ele não possui nenhuma energia cinética, já que ele cessa seu movimento por um pequeno intervalo de tempo para depois cair. Isso significa que toda energia cinética foi convertida em energia potencial gravitacional.
Etapa IV: o atleta está em repouso e no chão, sendo assim, ele não possui nenhum tipo de energia mecânica.
Analisando cada etapa, podemos concluir que a alternativa que descreve corretamente as transformações de energia é a letra C.
QUESTÃO 54 – caderno amarelo da prova de 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
a) um dínamo.
b) um freio de automóvel.
c) um motor a combustão.
d) uma usina hidroelétrica.
e) uma atiradeira (estilingue).
Resolução
A energia armazenada nas molas é a potencial elástica. Essa forma de energia transforma-se em energia cinética quando a mola deixa de ser pressionada pelo objeto. Entre as alternativas do exercício, esse tipo de transformação de energia mecânica ocorre em uma atiradeira: um objeto é apoiado em um elástico que, ao deixar de ser pressionado, entra em movimento, transformando a energia armazenada em energia cinética.
Portanto, a resposta correta é a Alternativa E.
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Bons estudos e boa prova!
