Energia Cinética Exercícios – 5 passos para resolver as questões

Estudar energia cinética exercícios resolvidos é um ótima maneira de se aprender o conteúdo. E quando se aprende em um método passo a passo, toda a dificuldade some e o aprendizado fica simples.

Pensando nisso, preparei este artigo especialmente para você.

Nele te mostro a resolução da questão 49 da prova azul do enem 2015 em um método passo  a passo.

Confira!!

Se preferir assistir à vídeo-aula, clique no vídeo abaixo:

 

Energia Cinética Exercícios - Questão 49 - Enem 2015

Abaixo você tem o enunciado da questão. Leia-o e tente resolver sozinho. Em seguida, veja minha resolução em passo a passo.

Energia Cinética exercícios questão 49 enem 2015 - Energia Cinética Exercícios - 5 passos para resolver as questões

Abaixo encontra-se a resolução do problema. Em seguida, explicarei cada passo da resolução. Acompanhe até o final.

Energia Cinética exercícios passo a passo geral

Para resolver as questões de física você deve seguir 5 simples passos :

  • Interpretação do Problema
  • Identificação dos dados
  • Identificação das fórmulas
  • Substituição dos dados da fórmula
  • Resolução da questão

Vamos discutir cada um deles:

Energia Cinética Exercícios - Passo 1 - Interpretação do Problema

O primeiro passo para se responder uma questão de física é você entender o problema.

Na questão acima, temos um carro movido a energia solar. Ou seja, através de uma placa fotovoltaica, o carro capta a energia proveniente do sol e a transforma em energia cinética ( energia de movimento).

A capacidade de absorção de energia pela placa solar depende de sua área e da insolação ( quantidade de energia solar) na região. O enunciado afirma que a insolação na região é 1.000 W/m², ou seja, para cada 1 m² de área há uma incidência de 1.000 W de energia ( lembre-se que 1.000 W significa 1.000 Joules por segundo). Portanto, dependendo do tamanho da placa, ela será capaz de absorver mais ou menos energia.

Contudo esse processo não é 100% eficiente; se assim fosse, toda energia solar absorvida seria transformada em energia cinética.

O enunciado afirma que a eficiência do processo é de 30% ou seja, de toda energia solar absorvida pela placa solar, apenas 30% dela é efetivamente utilizada para mover o carro, a qual chamaremos de energia útil. Veja o esquema abaixo:

Energia Cinética exercícios questão 49 interpretação

A diferença de energia, ou seja 70% dela é perdida e não se transforma em energia útil do carro.

Com a energia útil o carro foi capaz de realizar trabalho e sair do repouso (velocidade =0) para uma velocidade de 108 km/h ou 30 m/s.

A energia dispendida para fazer essa aceleração do corpo pode ser calculada pelo Teorema da Energia Cinética, em que diz que o trabalho de aceleração de um corpo é igual a variação de sua energia cinética. Veja a fórmula abaixo:

Energia Cinética exercícios questão 49 enem 2015 TEOREMA

Onde:

m: Massa (kg);

Vf: velocidade Final do corpo (m/s);

Vi: velocidade Inicial do Corpo (m/s);

A quantidade de energia absorvida pela placa depende, também, do tempo de insolação, ou seja, quanto mais tempo recebendo sol, mais energia a placa capta e transforma em energia cinética.

A grandeza física que relaciona a quantidade de energia e o tempo é a potência, cuja unidade de medida é o watt (W) e indica a quantidade de energia (joule: J) a cada 1 segundo.

Por exemplo, 1.000 W significa 1.000 joule em cada 1 segundo. Portanto se a insolação numa região é 1.000 W/m² significa que há uma incidência de 1.000 joule de energia, a cada segundo, em cada 1 metro quadrado de área.

A questão pede para você calcular o tempo em que o carro acelera do repouso até 108km/h.

Agora que você entendeu o problema, vamos seguir para os próximos passos.

Energia Cinética Exercícios - Passo 2 - Identificação dos Dados

O segundo passo para você resolver o problema de física é você identificar os dados da questão. Na figura abaixo, eu separei os dados oferecidos no enunciado da questão:

Energia Cinética exercícios questão 49 Dados no texto

Energia Cinética exercícios questão 49 Dados

Energia Cinética Exercícios - Passo 3 - Identificação das Fórmulas

O terceiro passo é você identificar as fórmulas relacionadas ao conteúdo. Na figura abaixo eu te apresento as fórmulas envolvidas na questão.

Energia Cinética exercícios questão 49 enem 2015 fórmulas

A potência do painel, ou seja, a quantidade de energia por tempo que ele é capaz de absorver pode ser calculado pela multiplicação entre a insolação (W/m²) e a área do painel (m²).

O Trabalho ou energia mecânica pode ser calculado pela variação de energia cinética do corpo, que saiu do repouso ( velocidade igual a zero) e atingiu 108 km/h ou 30 m/s. A fórmula de energia cinética está apresentada na figura abaixo.

Energia Cinética exercícios questão 49 enem 2015 TEOREMA

O rendimento ou eficiência do processo pode ser calculada pela divisão entre a quantidade de energia útil sobre a energia total fornecida ou absorvida pela placa.

A potência, por sua vez,  é a relação da quantidade de energia dividido pelo tempo.

Após identificar as fórmulas, deve-se fazer a substituição dos dados como se segue.

Energia Cinética Exercícios - Passo 4 - Substituição dos Dados

A partir dos dados da velocidade inicial e final, conseguimos calcular a quantidade de energia útil efetivamente usada para acelerar o carro. De acordo com a resolução abaixo, a energia útil é de 90.000 J.

Contudo, essa energia útil é apenas 30% da energia total que incide sobre a placa, desta forma, para calcular a energia total, basta aplicarmos a fórmula do rendimento, apresentado na figura abaixo, no Cálculo de energia fornecida pelo painel fotovoltaico. Aplicando o cálculo, tem-se que a energia fornecida pelo painel foi de 300.000 Joule. Veja na figura abaixo:

Energia Cinética exercícios questão 49 enem 2015 substituição

Sabendo que a insolação é de 1.000 W/m² e que o painel tem área de 9 m², é possível calcular a potência do painel, multiplicando a insolação pela área. Ou seja, o painel fotovoltaico é capaz de captar 9.000 W, ou 9.000 joule de energia a cada segundo.

Se o painel é capaz de absorver 9.000 J em cada segundo, é possível calcular o tempo necessário para ele absorver 300.000 J.

Esse cálculo vamos fazer no próximo passo. Fique atento!

Energia Cinética Exercícios - Passo 5 - Solução

Energia Cinética exercícios questão 49 enem 2015 solução

Sabendo que o painel é capaz de absorver 9000 joule a cada segundo e que o total de energia absorvida foi de 300000 joule, é possível calcular o tempo que o painel permaneceu absorvendo a energia.

Com os cálculos apresentados acima, conclui-se que após 33 segundos o carro foi capaz de sair do repouso e atingir 108km/h ou 30m/s.

Com isso, o gabarito da questão fica sendo LETRA D.

Chegamos ao final de mais um artigo. Se você gostou:

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Grande abraço e até o próximo artigo.

4 Comentários


    1. Que bom que você gostou, Agostinho! Continue nos acompanhando, e mande sempre suas dúvidas!!
      Grande Abraço

      Responder

    1. Oi Lucas, a complexidade das questões de física são mais associadas à quantidade de etapas que você deve seguir para responder a questão. Mas se você seguir o passo a passo, você conseguirá responder as questões sem problemas.

      Lembre-se um fato importante: pra mim, a principal etapa é a de interpretação! Você não conseguirá seguir um raciocínio lógico para resolver a questão se você não a interpretar corretamente.

      Grande Abraço

      Responder

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