energia
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INSTITUTO TECNOLOGICO DE CARATINGA
Curso: Engenharia Civil
Disciplina: Fundamentos de Fisica
Professor: Robson da Silva
Trabalho Energia
332 U m ponto m ate ria l de m assa 0 ,5 kg e la nc ad o d o
so lo v ertica lm en te p ara c im a co m v elo cid ad e d e
/'i 12 m /s. D esp rezando a resistenc ia do ar e ado -
tando g = 10 m /s ', calcu le a a ltu ra m axim a, em
relacao ao so lo , que 0 p on to m a te ria l a lc an ca .
7, 2 m
333 D o alto de um a torre de 61 ,6 m de a ltu ra, lan~ a-
se verticalm en te para ba ixo um corpo com
veloc idade de 8 m /s. C alcu le a ve lo cidade com
que 0 c or po a tin g e 0 so lo . A dm ita g = 1 0 m /s'.
36 m /s
334 Um corpo de m assa 2 kg e lancado do so lo
vertica l mente . p ara c im a com veloc idade de
50 m /s. S ab en do que , dev id o ao a trito com 0 ar ,
o corpo d issipa 100 J de energ ia sob form a de
calo r, de te rm ine a altu ra m axim a a ting id a pe lo
corpo . A do te g = 10 m/s ' , 1 20 m
335 (F aap-SP ) Um a bola de borracha com m assa
m = 2 ,0 kg e a ban do nad a e m re po uso a altura
h = 5 ,0 m ,c ain do so bre 0 s ol o. A e ne rg ia p er di da
n o c ho qu e e E = 20 J . C alc ule a a ltu ra a tin gid a
p ela bo la dep ois d o ch oqu e.
C o ns id ere g = 1 0 m /s '. 4m
336 U m pendu lo de m assa 1 kg e levado a p os ic ao h o -y rizon tal e en tao aband onado . S abendo q ue 0 fi o
\ tem um com prim ento de 0 ,8 m eg = 1 0 m /s ',
calcu le a v eloc id ad e do p en du lo quand o passa r
p el a p os ic ao d e a ltu ra m in im a . 4 m /s
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337 Numa prova de saito com vara, urn atleta de
60 kg de m assa desenvolve um a velocidade de
1 0 m /s para saltar. Considerando que toda a
e ne rg ia c in etic a d ese nv olv id a e u tiliz ad a n o sa ito ,
calcu le a m aio r altu ra que 0 a tl eta p od e t e o r i c a -m ente atingir. A dote g = 10 m/s ' . 5 m
331 N o e sc orre ga do r m ostra do n a fig ura , u ma c ria nc a
com 30 kg de massa, partindo do repouso em A ,
desliza ate B . D esprezando as perdas de energia
e adm itindo g = 10 m/s ' , c alc ule a v elo cid ad e d a
c r i a n c a ao chegar a B . 8 m /s
/
A ._
3,2m
B
339 (U FG O) A figura representa a seccao vertical de
u ma su pe rfic ie se m a trito .
V
Calcule 0 valo r da velocidade do corp o de m assa m
ao p a s s a r p elo p onto D . 0 corpo e a ba nd on ad o n o
ponto A . Dados: m = 20 kg, g = 10 rn/s ' e
h eI i l m . lOws
340 Com que velocidade a esfera deve passar pelo
ponto A para chegar a B com velocidade de
2 .gm/s? Sabe-se que no percurso AB houve
uma perda de energia rnecanica de 20% e
g = 10 mN. lom /~
341 Urn carrinho de m assa igual a 2 kg move-se ao
lo ng o d e u rn trilh o c ujo p erfil e sta re prese nta do n a
figura a seguir, passando pelo ponto P com
v elo cid ad e v .
Q ual deve ser 0 valo r m inim o de v, em m/ s , para
que 0 c arr in ho a tin ja 0 ponto Q ? C onsidere
d espreziveis todo s os atritos e ad ote g = 10 m/s ' .
10 m /s
5,Om
- - - - - - - - - 1 - - - - - - - - -2,Om Q------ --------------_.
2 (U FU -M G ) U rn carro de m ontanh a-ru ssa, d e m as-
sa m = 2 kg, desliza sem atrito ao longo do trilho
AB CD m ostrado na figura abaixo. Em A , a ene r -
g ia potencial do carro , em r e l a c a o a urn n i v e l de
r e f e r e n c i a passando pelo s pon tos B eD , vale
8 4 J e sua energia cinetica, em B , vale 100 J .Suponha que ele possa ser considerado um a par-
ticula e que perrnaneca sem pre sobre 0 trilho.
A
c
D
Calcule:a) a energ ia m ecanica total do carro , em C ; 10 0 J
b) a energ ia cinetica do carro , em A ; 16 J
c) 0 t ra ba lh o t ot al r ea li za do s ob re 0carro entre os
pontos A e D . 84J
343 (Fuves t-SP) 0 grafico representa a velocid ade
escalar, em funcao do tem po , de urn carrinho de
m o n t a n h a - r u s s a com m assa de 200 kg .
v(m/s) 115
10
5
t (5 )
N o instante t = 15 s, 0 carrinho cheg a ao nivel d o
s ol o . D e s pr ez e 0 atrito e consid ere g = 10 m/s"
Calcu le: '--
a) 0 trabalho realizado pela forca da g ravid ad e
entre os instantes t = 5 set = 15 s, 12500 J
b) a altura de que partiu 0 carrinho. 11 .25 m
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344 (F G V-S P)N a fig ura , t em -se u m a m ola , d e m assa
d e sp re ziv e l e c o ns ta n te e la st ic a 2 0 0 N /m , c ompr i-
m ida 20 em en tre um a p are de e ur n c a rr in h o d e
2 ,0 k g.
Quando 0 carr inho e so lto , to da a e ne rg ia m ec a-
n ica da m ola e t ra n sfe rid a a e le . D e sp re za n do 0
a t ri to , de t erm i ne:
a ) n as c on dic oe s in dic ad as n a fig ura , 0 m a io r v a-
lor d a [o rca qu e a m ola ex erce na pared e; 40 N
b ) a velocidade com que 0 c arrin ho s e d eslo ca
q ua nd o se d esp re nd e d a m o la . 2 m /s
345 Um corpo de 2 kg e em purrad o con tra u mamo la d e c o ns ta n te e la stic a k = 5 00 N /m , co mp ri-
\ m indo-a 20 ern .
~~\\\~\JE le e Iibertado e a m ola 0 p ro je ta a o lo ng o d e
um a s up e rfi cie li sa e h o riz o nta l q u e t erm i na n um a
ram pa in clin ad a, c on fo rm e in dic a a fig ura . D a do
9 = 1 0 m /s" , ca lcu le a a ltu ra m a x im a a tin g id a
p elo c orp o n a ra mp a. 0, 5 m
346 Abandonado do to po de um a superf ic ie
sem ic ilindrica e sem atrito , um cuba de gelo
d esliz a p ara a fre nte e p ara tras e ntre o s p o nto s A
.~ e B . A m assa do cuba e 12 g e 0 ra io do
semici l indro e 8 0 em . D e te rm in e:
a) a velocidade do cubo ao passar po r C ; 4 m /s
b ) a re ac ao n orm al d o a po io so bre 0 c ub a d e g elo
no pon to C . 0 ,36 N
A B-------~-------
/
/
cf/~//
/
/
347 (Faap-SP) 0 esquem a representa um a pistaA B C D p erte nc en te a u m p la no v ertic al; 0 t recho
B CD e c ir cu la r c om c en tr o o . Em :A , a b an d on a -
se um a particu la com m assa m = 2,0 kg, que
d esliz a p ela p ista se m a trito . C alc ule a re ac ao d a
p ista sob re a particula no ponto C . C onsidere
g = 1 0 m /s ". 60 N
\. A
/\\
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71. (Vunesp-SP) Um pequeno bloco de massa m e co-
locado sobre um disco girat6rio, plano e horizontal,
inicialmente em repouso, a uma distancia R do eixo
do disco. 0 disco e entao posto a girar com peque-
na aceleracao angular, ate que sua velocidade an-
gular atinja um certo valor 0 0. A partir deste valor de
velocidade angular, 0 bloco corneca a deslizar sobre
o disco. Representando por 9 a aceleracao da gra-
vidade, e considerando 0 instante em que 0 bloco
esta prestes a desl izar sobre 0 disco:
a) determine, em funcao desses dados, 0 m6dulo
da torca centrfpeta Fe que atua sobre 0 bloco;
b) calcule, em funcao desses dados, 0 coeficiente
de atrito estatico u, entre 0 bloco e 0 disco.
T r a b a l h o e e n e r g i a
72. (U.E. Londrina) Um objeto de 2,0 kg cai da janela de
um apartamento ate uma laje que ssta 4,0 m abaixo
do ponto de infcio da queda. Se a acoleracao da
gravidade for 9,8 rn/s", 0 trabalho realizado pela for-ca gravitacional sera:
a ) -4,9 J c) -39,2 J e ) 156,8 J
b) 19,6 J d) 78,4 J
73. (UF-RS) Para um dado observador, dois objetos A e
B, de massas iguais, movendo-se com velocidades
constantes de 20 km/h e 30 km/h, respectivamente.
E APara 0 mesmo observador, qual a razao Entre
8
as energias cineticas desses objetos?
a ) J. . b)"±' c) 1 .. d) 1 ..3 9 3 2
e ) _ g _4
74. (Vunesp-SP) No Sistema Internacional de Unidadesa medida da grandeza ffsica trabalho pode ser ex-
pressa em joules ou por:
a) kg· m . S-l c) kg· m-2 . S-2 e) kg· m-2• S2
b) kg· m . S-2 d) kg· m2 • S-2
75. (Unicamp-SP) Sob a acao de uma torca constante,
um corpo de massa m =4,0 kg adquire, a partir do
repouso, a velocidade de 10m/s.
a) Qual e 0 trabalho realizado por essa forca?
b) Se 0 corpo se deslocou 25 m, qual 0 valor da for-
ca aplicada?
76. (Vunesp-SP) Na figura,
sob a acao da torca deintensidade F = 2 N,
constante, paralela ao
plano, 0 bloco percorre _"'_.l.l.\Oi~
0,8 m ao longo do pIa-
no com velocidade constante. Admite-se 9 = 10m/s2 ,
despreza-se 0 atrito.
Determine:
a) a massa do bloco;
b) 0 trabalho realizado pelo peso do bloco, nesse
percurso.
vesuuurar
77. (UF-PE) Uma torca de 3,0 N e outra de 4,0 N sao
aplicadas simultaneamente em um objeto de 2,5 kg,
inicialmente em repouso. As duas torcas formam
entre si um anqulo de 90° e atuam durante 3,0 s.
Qual 0 trabalho total, em joules, realizado por es-
sas torcas?
78. (U.E. Londrina-PR) Um pendulo e constitufdo de
uma esfera de massa 2,0 kg, presa a um fio de mas-
sa desprezfvel e comprimento 2,0 m, que pende do
teto conforme figura a seguir. 0 pendulo oscila for-
mando um anqulo maximo de 60° com a vertical.
. . . . .,-,\1 I, . _ -
/
Nessas condicoes, 0 trabalho realizado pela torca
de tracao, que 0 fio exerce sobre a esfera, entre aposicao mais baixa e alta, em joules, vale:
a) 20 d) -10
b) 10 ~ -20
c) zero
79. (UF-ES) Um objeto de massa igual a 2,0 kg, inicial-
mente em repouso, percorre uma distancia igual a
8,0 m em uma superffcie horizontal sem atrito, sob
a acao de uma torca constante, tambern horizontal,
igual a 4,0 N. A variacao da energia cinetica do ob-
jeto e:
a ) 4,0 J d) 32,0 J
b) 8,0 J e ) 64,0 J
c) 16,0 J
80. (Vunesp-SP) Conta-se que Newton teria descober-
to a lei da gravi ta<;:aoao Ihe cair uma maca na cabe-
ca. Suponha que Newton tivesse 1,70 m de altura
e se encontrasse em pe e que a maca, de massa
0,20 kg, tivesse se soltado, a partir do repouso, de
uma altura de 3,00 m do solo. Admitindo 9 = 10 rn/s"
e desprezando-se a resistencia do ar, pode-se afir-
mar que a energia cinetlca da maca, ao atingir a ca-
beca de Newton, seria, em joules, de:
a ) 0,60 c) 2,60 e ) 9,40
b) 2,00 d) 6,00
81. (UF-RS) Um objeto em forma de bloco, partindo do
repouso, desliza ao longo de um plano inclinado de
comprimento L, l ivre de qualquer atrito. Que distan-
cia percorre 0 bloco sobre 0 plano inclinado ate ad-
quirir a metade da energia cinetica que tera no final
do plano?
a) _ ! : _4
b) L(.J2 - 1)
e ) (3L)
4c) L
2
Ld) .J2
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82. (Fuvest-SP) Uma crianca estava no chao. Foi en-
tao levantada por sua mae, que a colocou em um
escorregador a uma altura de 2,0 m em relacao ao
solo. Partindo do repouso, a crianca deslizou e
chegou novamente ao chao com velocidade igual a
4 m/s . Sendo To trabalho realizado pela mae ao
suspender 0 filho, e sendo a aceleracao da gravida-
de 9 = 10 rn/s", a energia dissipada por atrito, ao es-
corregar, e aproximadamente igual a:
a) 0,1 T b) 0,2T c) 0,6T d) 0,9T e) 1,OT
83. (U.E. Londrina-PR) 0 qrafico representa 0 valor a t-
gebrico da torca resultante F que age sobre um cor-
po de massa 5,0 kg, inicialmente em repouso, em
tuncao da abscissa x.
F (N)
10
o 2,0 4,0 x
o trabalho realizado por F , no deslocamento de x = 0
ate x = 4,0 m, em joules, vale:
a) zero b) 10 c) 20 d) 30 e) 40
84. (U. E. Londrina-PR) Um corpo de massa m = 0,50 kg
desl iza por uma pista inclinada, pass ando pelo pon-
to A com velocidade V A = 2,0 rn/s e pelo ponto B
com velocidade VB = 6,0 m/s . Adote 9 = 10 rn/s",
A
B
Considerando tambern a figura, 0 trabalho realizado
pela torca de atrito no deslocamento de A para B,
vale, em joules:
a) 8,0 b) 7,0 c) -4,0 d) -7,0 e) -8,0
85. (Fuvest-SP) Um jovem escorrega por um tobcqa
aquatico, com uma rampa retiifnea, de comprimen-
to L, como na figura, podendo 0 atrito ser despreza-
do. Partindo do alto, sem impulso, ele chega ao final
da rampa com uma velocidade de cerca de 6 m/s .
Para que essa velocidade passe a ser de 12 mIs ,
mantendo-se a lnclinacao da rampa, sera necessa-
rio que 0 comprimento dessa rampa passe a ser
aproximadamente de:
a)..!:._ b) L c) 1,4L d) 2L e) 4L2
438
86. (UF-PB) Ao realizar sua exiblcao em uma pista em
forma de U e que tem uma altura de 5 m, um skatista
desce por um dos lados e atinge uma velocidade de
10 m /s no ponto P, que esta a uma altura de 1 m do
fundo da pista.
· - - - - - - t ~
~ }mSendo desprezfveis 0 atrito com 0 solo e a resisten-
cia do ar, 0 skatista, ao subir pelo outre lade da pis-
ta, consegue ultrapassar 0 topo dessa pista por uma
altura maxima H igual a (g = 10 rn/s"):
~5m ~3m ~1m
b) 4 m d) 2 m
87. (Unicamp-SP) Um carrinho da massa m = 300 kg
percorre uma montariha-russa cujo trecho BCD e
um arco de circunterencia de raio R = 5,4 m, con-
forme a figura abaixo.
A velocidade do carrinho no ponto A e VA = 12 m/s .
Considerando 9 = 10 rn/s" e desprezando 0 atrito,
calcule:
a) a velocidade do carrinho no ponto C;
b) a aceleracao do carrinho no ponto C;
c) a torca feita pelos trilhos sobre 0 carrinho no
ponto C.
88. (UF-MG) Na figura abaixo a mola tem constante
elastica 280 N /m e esta inicialmente comprimida. A
bola de massa m = 20 9 esta encostada na mola no
instante em que esta e abandon ada. Desprezando
os atritos e supondo 9 = 10 rn/s", calcule:
a) a velocidade da bola no ponto 0;
b) a intensidade da torca que a superffcie exerce na
bola no ponto D.
o
x=0,1m.
- - " " f I. r 'h 1 W Y 'V ~
2,0 m
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89. (Vunesp·SP) Na figura abaixo, uma esfera de mas-
sa m = 2 kg e abandon ada no ponto A, caindo li-
vremente e colidindo com 0 aparador, que esta liga-
do a uma mola de constante elastica k = 2 . 104 N/m.
As massas da mola e do aparador sao desprezf-
veis. Nao ha perda de energia mecanica. Admita
9 = 10 rn/s". Na situacao 2, a compressao da mola
e maxima.
A
Situacao 1 Situacao 2
As detorrnacoes da mola, quando a esfera atinge
sua velocidade maxima e quando ela esta na situa-
cao 2, medidas em relacao a posicao inicial B, va-
lem, respectivamente:
a) 2 mm e 10 cm
b) 1 mm e 5 cm
c) 1 mm e 10 cm
d) 2 mm e 20 cm
e) 3mm e 10 cm
90. (UE-SC) Um bloco de 2,0 kg e Iorcado contra uma
mola de massa desprezfvel, comprimindo-a 10 cen-
tlrnetros. Quando liberado, 0 bloco percorre numa
superffcie horizontal uma distancla de 100 cm, an-
tes de alcancar 0 repouso. Sabendo-se que a cons-
tante elastica da mola vale 150 N/m, determine:
a) a energia potencial elastica na mola quando
comprimida;
b) 0 coeficiente de atrito dinarnico u, entre 0 bloco
e a mesa (g = 10 m/s").
91. (UF-SC) A figura mostra um bloco, de massa
m = 500 g, mantido encostado em uma mola com-
prida de X = 20 cm. A constante elastica da mola e
K = 400 N/m. A mola e solta e empurra 0 bloco que,
partindo do repouso no ponto A, atinge 0 ponto B,
onde para. No percurso entre os pontos A e B, a for-
ca de atrito da superffcie sobre 0 bloco dissipa 20%
da energia mecanica inicial no ponto A. Adote 0 solo
para referencial da energia potencial gravitacional e
9 = 10 rn/s".
Assinale a(s) proposlcaotoes) carreta(s):
I. Na situacao descrita, nao ha conservacao da
energia rnecanica,
II. A energia mecanica do bloco no ponto Be igual
a 6,4 J.
III. 0 trabalho realizado pela torca de atrito sobre 0
bloco, durante 0 seu movimento, foi 1,6 J.
IV. 0 ponto B situa-se a 80 cm de altura, em relacao
ao ponto A.
V. A torca peso nao realizou trabalho no desloca-
mento do bloco entre os pontos A e B, por isso
nao houve conservacao de energia mecanica do
bloco.
VI. A energia rnecanica total do bloco, no ponto A, e
igual a 8,0 J.
VII. A energia potencial elastica do bloco, no ponto A,
e total mente transformada na energia potencial
gravitacional do bloco, no ponto B.
92. (U.E. Londrina-PR) Uma torca con stante age sobre
um objeto de 5,0 kg e eleva a sua velocidade de
3,0 m/s para 7,0 m /s em um intervale de tempo
de 4,0 S. Qual a potencia devido a torca?
a) 29,8 W d) 36,1 W
b) 11,1 W e) 40,OW
c) 25,0 W
93_ (Mackenzie-SP) A potencia da forca resultante que
age sobre um carro de 500 kg, que se movimenta
em uma trajetoria retil fnea com aceleracao constan-
te, e dada, em tuncao do tempo, pelo diagrama
abaixo. No instante 4 s a velocidade do carro era de:
(Suponha V o = 0.)
a) 30 m/s d) 15 m/s
b) 25 rn/s e) 10 m/s
c) 20 m /s
P(kW)
125
o 10 t (s)
94. (Cesesp-PE) Qual a potencia media uti l necessaria
para bombear 1 000 litros de aqua a uma altura de
5,0 m, em 1/2 hora? (Adote 9 = 10 m/s2 e densida-
de da aqua 1 kg/litro.)
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95. (UF-P8) Um corpo desloca-se sobre uma reta so-
frendo a acao de uma torca resultante F , cuja in-
tensidade varia com a poslcao conforme 0 qraflco
abaixo. Sabendo-se que 0 corpo se encontra no
ponto de coordenada x = 0,50 m no instante t = 0
e x = 1,5 m em t = 2,0 s, a potencia media da torca
F , nesse trecho de seu deslocamento, vale:
a) 0 c) 1,0 W e) 2,5 W
b ) 0,5 W d) 1,5 W
t = 0 t = 2,05
o 0,5 1,0 1,5 2,0 x (m)
F(N)
6,0
3,0
o 1,0 2,0 x (m)
96. (Unicamp-SP) Uma hidreletrica gera 5,0 . 109 W de
potencia eletrica utilizando-se de uma queda-
d'aqua de 100 m. Suponha que 0 gerador aprovei-
te 100% da energia da queda-d'aqua e que a repre-
sa colete 20% de toda a chuva que cai em uma
reqiao de 400 000 krn". Considere que 1 ana tem
32 . 106 segundos; 9 = 10 rn/s" e a densidade da
aqua = 103 kq/rn",
a) Qual a vazao da aqua (m3/s ) necessaria para for-
necer os 5,0 . 109 W?
b) Quantos mm de chuva devem cair por ana nes-
sa regiao para manter a hidreletrica operando
nos 5,0 ·109W?
O u a n t i d iu 1 e d e m o v im e n to
97_ (UF-GO) Um homem de massa m encontra-se na
extremidade de um vaqao-prancha em repouso. 0
vaqao tem massa 9 m e comprimento L . 0 hom em
caminha ate a extremidade oposta do vaqao e para.
Desprezando-se 0 atrito entre 0 vaqao e os trilhos,
o deslocamento do homem em relacao ao solo e:
a) - ' = - -10
c) . ! : . _3
e) . ! : . _9
b) L d) ~10
L
440
98. (Fuvest-SP) Um corpo A de massa igual a 5 kg e
abandonado no ponto 0 e escorrega por uma ram-
pa. No plano horizontal, choca-se com outro corpo
B de massa igual a 5 kg que estava parado. Os
do is ficam grudados e continuam 0 movimento na
mesma direcao ate atingir uma outra rampa, na qual
o conjunto pode subir. Desprezando os atritos e
adotando 9 = 10 m/s2 , calcule a altura atingida
pelo conjunto na segunda rampa.
99. (Fuvest-SP) Uma quantidade de barro de massa
2,0 kg e atirada de uma altura h = 0,45 m, com ve-
locidade horizontal v = 4,0 mis, em direcao a um
carrinho parado, de massa igual a 6,0 kg, como
mostra a figura. Se todo 0 barro ficar grudado no
carrinho no instante em que 0 atingir, 0 carrinho inicia-
ra um movimento com velocidade, em mis, igual a:
a) 0,75 c) 1,25 e) 3,0
b) 1,0 d) 2,0
-
100. (FEI-SP) Uma bala de fuzil de massa m = 20 9
atinge 0 centro de uma esfera de massa M = 1,0 kg,
pendurada por um fio fino (pendulo simples), queIhe imprime uma velocidade inicial horizontal,
encravando-se na esfera e provocando uma eleva-
cao de seu centro de uma altura h = 50 mm, em re-
lacao a sua posicao inicial. Calcular a velocidade da
bala no momenta do choque. Dado 9 = 10 m /s 2.
M
101. (Unisa-SP) Um projetil de massa 5,0 gramas e dis-
parado horizontalmente contra um pedaco de ma-
deira de massa 3,0 kg que esta sobre uma super-
flcie horizontal. 0 coeficiente de atrito entre a ma-
deira e a supertfcie e 0,20. 0 projet il se engasta na
madeira e esta se desloca 25 cm sobre a supertl-
cie, ate parar. Sabendo que 9 = 10 m/s" , podemos
afirmar que a velocidade do projetil ao atingir a
madeira era aproximadamente: