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*MÓDULO 1*

Grandezas físicas – Noções e conceitos

Em busca de padronizações e medidas

Para entendermos e nos situarmos no mundo em que

vivemos, é essencial que possamos mensurar uma

infinidade de coisas no nosso dia a dia. A distância entre

sua casa e a escola, a quantidade de carne comprada no

açougue, o tempo que falta para terminar uma partida de

futebol, o volume de chuva que caiu num determinado

dia etc. É para nos ajudar nessas tarefas que servem as

grandezas físicas, que podem ser divididas em dois

grupos: escalares ou vetoriais.

Medir uma grandeza física escalar, por exemplo,

significa compará-la com outra grandeza de mesma

espécie tomada como padrão. Esse padrão é o que

chamamos de unidade de medida. A expressão dessa

medida é sempre dada por duas partes: o valor numérico

e a unidade-padrão. Para as grandezas vetoriais, deve-

-se atentar ainda para a direção e o sentido. Quer um

exemplo? Se alguém lhe contar que um casal de

pássaros precisou voar 50 até chegar ao ninho, você não

vai entender o que ele disse. Faltou especificar a

unidade: foram 50 metros ou 50 quilômetros?

Comprimento, tempo, massa, velocidade, aceleração,

energia, trabalho e potência são algumas das principais

grandezas físicas existentes. Na década de 1960, a

Organização Internacional de Normalização (ISO) criou

um sistema baseado em sete grandezas de base — ou

grandezas básicas — e denominou-o de Sistema

Internacional de Unidades (SI), adotado por quase todos

os países. Não é exagero dizer que, sem um referencial

como esse, as ciências perderiam sentido. As grandezas

básicas, por sua vez, deram origem a todas as demais

grandezas existentes (veja nas tabelas ao lado o Sistema

Internacional de Unidades e algumas grandezas físicas

derivadas das sete básicas).

Além de usar as medidas das grandezas físicas para

realizar os cálculos mais diversos, é importante saber

fazer algumas conversões de outras unidades de medida

que não fazem parte do Sistema Internacional de

Unidades. Esse conhecimento é útil, por exemplo, para

transformar polegadas em centímetros, milhas em

quilômetros e libras em quilogramas — e vice-versa.

Embora a maioria dos países utilize o sistema métrico

para fazer suas medidas, alguns, como os Estados

Unidos, usam outro sistema. Lá, as medidas das

distâncias são feitas em milhas ou pés e as de

temperatura, em Fahrenheit.

GRANDEZAS FÍSICAS

Conheça as sete ordens de grandezas básicas do Sistema Internacional de Unidades (SI)

GRANDEZA UNIDADE SÍMBOLO

comprimento metro m

massa quilograma kg

tempo segundo s

corrente elétrica ampère A

temperatura termodinâmica kelvin K

quantidade de matéria mol mol

intensidade luminosa candela cd

... e algumas outras derivadas delas

GRANDEZA UNIDADE SÍMBOLO

área metro quadrado m2

volume metro cúbico m3

força newton N

velocidade metro por segundo m/s

aceleração metro por segundo

ao quadrado

m/s2

energia joule J

potência watt W

MUNDO DE EXTREMOS

Veja abaixo alguns prefixos de múltiplos e submúltiplos das unidades do SI com suas abreviações

PREFIXO SÍMBOLO FATOR

tera T 1012

giga G 109

mega M 106

kilo k 103

hecto h 102

deca da 101

deci d 10–1

centi c 10–2

mili m 10–3

micro 10–6

nano n 10–9

pico p 10–12

Grandezas físicas: para a Física, coisas que podem

ser medidas e padronizadas constituem grandezas.

A medida de uma grandeza física é dada pelo

número de vezes que a unidade-padrão, tomada

como referência, está na grandeza a ser medida.

Sistema Internacional de Unidades (SI) é um

conjunto de unidades que servem para medir e

comparar as espécies de grandeza. Foi instituído nos

anos 1960, em substituição ao sistema métrico

decimal, e é composto de sete grandezas:

comprimento, massa, tempo, intensidade de corrente

elétrica, temperatura termodinâmica, quantidade de

matéria e intensidade luminosa.

Notação científica é uma forma criada pelos

cientistas para expressar medidas grandes ou

pequenas demais. Ela está baseada nas potências

de 10.

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Partícula: de acordo com esse conceito básico da

Cinemática, um corpo recebe o nome de partícula

quando suas dimensões são insignificantes ao serem

comparadas às demais dimensões do fenômeno.

No movimento retilíneo uniforme, o valor da

velocidade de deslocamento do corpo permanece

constante. A fórmula para chegar à distância

percorrida é simples: , em que é a velocidade

e , o tempo gasto no deslocamento.

A diferença em relação ao movimento retilíneo

uniformemente variado é que a velocidade não é

constante. Neste segundo caso, o corpo sofre uma

aceleração.

O conceito de aceleração está sempre atrelado a

uma mudança de velocidade. A fórmula para obter a

aceleração de um corpo é a seguinte:

variação da velocidade / intervalo de tempo

percorrido ou

Queda livre é o nome dado ao movimento que

resulta exclusivamente da aceleração provocada

pela gravidade, calculada em 9,8 m/s2.

Aceleração

Velocidade

Distância percorrida

Grandezas vetoriais: as grandezas escalares

(massa, temperatura etc.) ficam totalmente definidas

quando se conhecem seu valor (ou módulo) e a

unidade usada na medida. Com as grandezas

vetoriais é preciso também conhecer a direção e o

sentido.

A aceleração centrípeta faz parte do movimento de

uma partícula que descreve uma trajetória em curva.

Também chamado de normal, esse tipo de

aceleração é um vetor perpendicular à velocidade e

dirigido ao centro da trajetória curvilínea.

O movimento de um projétil (bala de canhão, bola de

futebol, pedra lançada por uma catapulta) descreve

uma trajetória parabólica. Seu movimento é

acelerado pela gravidade, já que a única força que

atua sobre ele, desprezando-se a resistência do ar, é

seu próprio peso.

O princípio da independência dos movimentos foi

descrito por Galileu e seu enunciado é o seguinte:

“Quando um móvel realiza um movimento composto,

cada um dos movimentos componentes se realiza

como se os demais não existissem”. É fundamental

para entender o movimento de corpos em um

lançamento oblíquo.

Equações para o movimento oblíquo:

para o movimento horizontal (MU)

para o movimento vertical (MUV)

Alcance máximo horizontal: num lançamento oblíquo,

sem resistência do ar, o alcance máximo horizontal é

alcançado quando o arremesso é feito com um

ângulo de 45º.

*ATENÇÃO, ESTUDANTE!*

Para complementar o estudo deste Módulo, utilize seu LIVRO DIDÁTICO.

*********** ATIVIDADES ***********

Texto para as questões de 1 a 3.

Gigante da década

O superacelerador de partículas ajuda a entender a origem do universo em acontecimentos de escala infinitesimal

© AFP

No interior do túnel de 27 km de circunferência, cientistas recriaram condições equivalentes às do Big Bang

A formação do universo é um dos mistérios mais

fascinantes da ciência. Do minúsculo quark aos

aglomerados de galáxias, estamos agora mais próximos

de conhecer, em detalhes, o mundo infinitesimal das

partículas para entender a estrutura da matéria e do

Cosmo. O grande marco da história da Física aconteceu

com o início das operações do maior acelerador de

partículas que já existiu — o LHC, sigla em inglês para

Grande Colisor de Hádrons (Large Hadrons Collider), em

2010.

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O hádron, palavra grega que significa grosso, é uma

partícula subatômica com massa — um próton, no caso

dos primeiros testes no LHC. Essas pequenas partículas

são uma alegria para os cientistas por serem altamente

interativas. Os físicos, tanto quanto os paparazzi de

celebridades, estão sempre interessados em flagrar

interações. Sob essa ótica, o LHC é um reality show que

pode produzir e acompanhar as interações mais íntimas

no interior da matéria.

O LHC tem o formato de um túnel com circunferência

de 27 quilômetros, onde duas pistas se juntam em uma

única para forçar a colisão entre os prótons. Ao se

chocarem, despedaçam-se em partículas menores, como

quarks e fótons. A energia liberada chega a atingir a

ordem de 14 teraelétrons-volt (TeV), energia equivalente

à que existiu no Big Bang, a “súbita expansão inicial” do

universo.

O funcionamento do LHC dominou a atenção da

comunidade científica, e fãs do experimento afirmam

tratar-se do maior “brinquedo de Física”. Os cientistas da

CERN (sigla em inglês para European Organization for

Nuclear Research), responsáveis pelo colisor, recriaram

as condições do universo quando ele tinha apenas um

trilionésimo de segundo de existência (ou 10–12 segundo)

e buscam encontrar o Bóson de Higgs, partícula

fundamental que, em tese, dotou todas as outras de

massa logo depois da “grande explosão”.

Isso quer dizer que ainda não se sabe o que concede

“materialidade” ao mundo. O Bóson de Higgs funcionaria

como agregador de elétrons e prótons e de todas as

outras partículas fundamentais, que formam o átomo e

assim por diante. Próximo dessas partículas, o Bóson de

Higgs as concederia massa. Afastadas dele, elas não

têm massa.

A cada nova descoberta, os cientistas se aproximam

mais do Bóson de Higgs e já deduzem que esteja no

intervalo entre 115 e 200 bilhões de elétrons-volt (eV).

Em comparação, o próton, uma das partículas centrais

da matéria, possui uma energia de 1 bilhão de elétrons-

-volt. Um eV é extremamente pequeno. São mais

comuns unidades de milhões de elétrons-volt, como o

mega eV (MeV = 1 milhão de elétrons-volt ou 106 eV) ou,

ainda, o giga eV (GeV = 1 bilhão de elétrons-volt ou 109

eV). A última geração de aceleradores de partículas

alcança muitos milhões de elétrons-volt, representados

por TeV (mil bilhões ou 1012 eV). Para se ter uma ideia,

um TeV é a quantidade de energia que uma mosca utiliza

para voar.

O LHC é um feito de extraordinárias consequências

práticas e teóricas. A máquina demorou catorze anos

para ser construída e custou 8 bilhões de dólares. O mais

poderoso acelerador do mundo está enterrado no solo da

fronteira entre a França e a Suíça.

Veja, 25/6/2008 (adaptado).

.1. (AED-SP)

Que ordens de grandeza você consegue identificar no

texto?

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.2. (AED-SP)

O que é maior: um hádron ou um átomo? Justifique.

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.3. (AED-SP)

A energia gerada no LHC, ao reproduzir a quantidade de

energia presente no Big Bang, é quantas vezes maior ou

menor do que a quantidade de energia que uma mosca

utiliza para voar? Justifique.

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.4. (ENEM-MEC)

Dados divulgados pelo Instituto Nacional de

Pesquisas Espaciais mostraram o processo de

devastação sofrido pela Região Amazônica entre agosto

de 1999 e agosto de 2000. Analisando fotos de satélites,

os especialistas concluíram que, nesse período, sumiu

do mapa um total de 20.000 quilômetros quadrados de

floresta. Um órgão de imprensa noticiou o fato com o

seguinte texto:

O assustador ritmo de destruição é de um campo de futebol a cada oito segundos.

Considerando que um ano tem aproximadamente 32 x

106 s (trinta e dois milhões de segundos) e que a medida

da área oficial de um campo de futebol é

aproximadamente 10–2 km2 (um centésimo de quilômetro

quadrado), as informações apresentadas nessa notícia

permitem concluir que tal ritmo de desmatamento, em um

ano, implica a destruição de uma área de

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(A) 10.000 km2, e a comparação dá a ideia de que a

devastação não é tão grave quanto o dado numérico

nos indica.

(B) 10.000 km2, e a comparação dá a ideia de que a

devastação é mais grave do que o dado numérico

nos indica.

(C) 20.000 km2, e a comparação retrata exatamente o

ritmo da destruição.

(D) 40.000 km2, e o autor da notícia exagerou na

comparação, dando a falsa impressão de gravidade

a um fenômeno natural.

(E) 40.000 km2 e, ao chamar a atenção para um fato

realmente grave, o autor da notícia exagerou na

comparação.

.5. (ENEM-MEC)

Associação Brasileira de Defesa do Consumidor (com adaptações).

As figuras acima apresentam dados referentes aos

consumos de energia elétrica e de água relativos a cinco

máquinas industriais de lavar roupa comercializadas no

Brasil. A máquina ideal, quanto a rendimento econômico

e ambiental, é aquela que gasta, simultaneamente,

menos energia e água.

Com base nessas informações, conclui-se que, no

conjunto pesquisado,

(A) quanto mais uma máquina de lavar roupa economiza

água, mais ela consome energia elétrica.

(B) a quantidade de energia elétrica consumida por uma

máquina de lavar roupa é inversamente proporcional

à quantidade de água consumida por ela.

(C) a máquina I é ideal, de acordo com a definição

apresentada.

(D) a máquina que menos consome energia elétrica não

é a que consome menos água.

(E) a máquina que mais consome energia elétrica não é

a que consome mais água.

.6. (ENEM-MEC)

Para medir o tempo de reação de uma pessoa, pode-

-se realizar a seguinte experiência:

I. Mantenha uma régua (com cerca de 30 cm)

suspensa verticalmente, segurando-a pela

extremidade superior, de modo que o zero da

régua esteja situado na extremidade inferior.

II. A pessoa deve colocar os dedos de sua mão,

em forma de pinça, próximos do zero da régua,

sem tocá-la.

III. Sem aviso prévio, a pessoa que estiver

segurando a régua deve soltá-la. A outra pessoa

deve procurar segurá-la o mais rapidamente

possível e observar a posição onde conseguiu

segurar a régua, isto é, a distância que ela

percorre durante a queda.

O quadro seguinte mostra a posição em que três

pessoas conseguiram segurar a régua e os respectivos

tempos de reação.

Disponível em: http://br.geocities.com. Acesso em: 1/2/2009.

A distância percorrida pela régua aumenta mais

rapidamente que o tempo de reação porque a

(A) energia mecânica da régua aumenta, o que a faz cair

mais rápido.

(B) resistência do ar aumenta, o que faz a régua cair

com menor velocidade.

(C) aceleração de queda da régua varia, o que provoca

um movimento acelerado.

(D) força-peso da régua tem valor constante, o que gera

um movimento acelerado.

(E) velocidade da régua é constante, o que provoca uma

passagem linear de tempo.

.7. (ENEM-MEC)

O Super-homem e as leis do movimento

Uma das razões para pensar sobre a física dos super-

-heróis é, acima de tudo, uma forma divertida de explorar

muitos fenômenos físicos interessantes, desde

fenômenos corriqueiros até eventos considerados

fantásticos. A figura seguinte mostra o Super-homem

lançando-se no espaço para chegar ao topo de um

prédio de altura H. Seria possível admitir que com seus

superpoderes ele estaria voando com propulsão própria,

mas considere que ele tenha dado um forte salto. Neste

caso, sua velocidade final no ponto mais alto do salto

deve ser zero, caso contrário, ele continuaria subindo.

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Sendo g a aceleração da gravidade, a relação entre a

velocidade inicial do Super-homem e a altura atingida é

dada por: v2 = 2gH.

KAKALIOS, J. The Physics of Superheroes.

Gothan Books, USA, 2005.

A altura que o Super-homem alcança em seu salto

depende do quadrado de sua velocidade inicial porque

(A) a altura do seu pulo é proporcional à sua velocidade

média multiplicada pelo tempo que ele permanece no

ar ao quadrado.

(B) o tempo que ele permanece no ar é diretamente

proporcional à aceleração da gravidade, e essa é

diretamente proporcional à velocidade.

(C) o tempo que ele permanece no ar é inversamente

proporcional à aceleração da gravidade, e essa é

inversamente proporcional à velocidade média.

(D) a aceleração do movimento deve ser elevada ao

quadrado, pois existem duas acelerações envolvidas:

a aceleração da gravidade e a aceleração do salto.

(E) a altura do seu pulo é proporcional à sua velocidade

média multiplicada pelo tempo que ele permanece no

ar, e esse tempo também depende da sua

velocidade inicial.

.8. (ENEM-MEC)

Seu olhar

Na eternidade

Eu quisera ter

Tantos anos-luz

Quantos fosse precisar

Pra cruzar o túnel

Do tempo do seu olhar

(Gilberto Gil, 1984)

Gilberto Gil usa na letra da música a palavra composta

anos-luz. O sentido prático, em geral, não é

obrigatoriamente o mesmo que na ciência. Na Física, um

ano-luz é uma medida que relaciona a velocidade da luz

e o tempo de um ano e que, portanto, se refere a

(A) tempo.

(B) aceleração.

(C) distância.

(D) velocidade.

(E) luminosidade.

.9. (ENEM-MEC)

As cidades de Quito e Cingapura encontram-se próximas

à Linha do Equador e em pontos diametralmente opostos

no globo terrestre. Considerando o raio da Terra igual a

6.370 km, pode-se afirmar que um avião saindo de Quito,

voando em média 800 km/h, descontando as paradas de

escala, chega a Cingapura em, aproximadamente,

(A) 16 horas.

(B) 20 horas.

(C) 25 horas.

(D) 32 horas.

(E) 36 horas.

.10. (ENEM-MEC)

O tempo que um ônibus gasta para ir do ponto inicial

ao ponto final de uma linha varia, durante o dia, conforme

as condições do trânsito, demorando mais nos horários

de maior movimento. A empresa que opera essa linha

forneceu, no gráfico abaixo, o tempo médio de duração

da viagem conforme o horário de saída do ponto inicial,

no período da manhã.

De acordo com as informações do gráfico, um passageiro

que necessita chegar até às 10.h.30.min ao ponto final

dessa linha deve tomar o ônibus no ponto inicial, no

máximo, até às

(A) 9.h.20.min.

(B) 9.h.30.min.

(C) 9.h.00.min.

(D) 8.h.30.min.

(E) 8.h.50.min.

________________________________________________ *Anotações*

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.11. (ENEM-MEC)

João e Antônio utilizam os ônibus da linha

mencionada na questão anterior para ir trabalhar, no

período considerado no gráfico, nas seguintes condições:

trabalham vinte dias por mês;

João viaja sempre no horário em que o ônibus faz o

trajeto no menor tempo;

Antônio viaja sempre no horário em que o ônibus faz

o trajeto no maior tempo;

na volta do trabalho, ambos fazem o trajeto no

mesmo tempo de percurso.

Considerando-se a diferença de tempo de percurso,

Antônio gasta, por mês, em média,

(A) 05 horas a mais que João.

(B) 10 horas a mais que João.

(C) 20 horas a mais que João.

(D) 40 horas a mais que João.

(E) 60 horas a mais que João.

.12. (ENEM-MEC)

Já são comercializados no Brasil veículos com motores

que podem funcionar com o chamado combustível

flexível, ou seja, com gasolina ou álcool em qualquer

proporção. Uma orientação prática para o abastecimento

mais econômico é que o motorista multiplique o preço do

litro da gasolina por 0,7 e compare o resultado com o

preço do litro de álcool. Se for maior, deve optar pelo

álcool. A razão dessa orientação deve-se ao fato de que,

em média, se com um certo volume de álcool o veículo

roda dez quilômetros, com igual volume de gasolina

rodaria cerca de

(A) 07 km.

(B) 10 km.

(C) 14 km.

(D) 17 km.

(E) 20 km.

.13. (ENEM-MEC)

O gráfico ao

lado modela

a distância

percorrida, em

km, por uma

pessoa em

certo período

de tempo.

A escala de tempo a ser adotada para o eixo das

abscissas depende da maneira como essa pessoa se

desloca. Qual é a opção que apresenta a melhor

associação entre meio ou forma de locomoção e unidade

de tempo, quando são percorridos 10 km?

(A) carroça – semana

(B) carro – dia

(C) caminhada – hora

(D) bicicleta – minuto

(E) avião – segundo

.14. (ENEM-MEC)

Em certa cidade, algumas de suas principais vias têm

a designação “radial” ou “perimetral”, acrescentando-se

ao nome da via uma referência ao ponto cardeal

correspondente.

As ruas 1 e 2 estão indicadas no esquema abaixo, em

que não estão explicitados os pontos cardeais.

Os nomes corretos das vias 1 e 2 podem,

respectivamente, ser:

(A) perimetral sul, radial leste.

(B) perimetral sul, radial oeste.

(C) perimetral norte, radial oeste.

(D) radial sul, perimetral norte.

(E) radial sul, perimetral oeste.

.15. (ENEM-MEC)

Leia o texto abaixo.

O jardim de caminhos que se bifurcam

[...] Uma lâmpada aclarava a plataforma, mas os

rostos dos meninos ficavam na sombra. Um me

perguntou: — O senhor vai à casa do Dr. Stephen

Albert? Sem aguardar resposta, outro disse: — A casa

fica longe daqui, mas o senhor não se perderá se tomar

esse caminho à esquerda e se em cada encruzilhada do

caminho dobrar à esquerda.

BORGES, J. L. Ficções. Rio de Janeiro:

Globo, 1997, p. 96 (adaptado).

Quanto à cena descrita acima, considere que:

I. o Sol nasce à direita dos meninos;

II. o senhor seguiu o conselho dos meninos, tendo

encontrado duas encruzilhadas até a casa.

Conclui-se que o senhor caminhou, respectivamente, nos

sentidos:

(A) oeste, sul e leste.

(B) leste, sul e oeste.

(C) oeste, norte e leste.

(D) leste, norte e oeste.

(E) leste, norte e sul.

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*MÓDULO 2*

Dinâmica – Leis de Newton

As sacadas de Newton

Para entender o que acontece dentro de um carro

quando ele sofre uma brusca desaceleração — por

exemplo, causada por uma batida —, é necessário

conhecer alguns fundamentos da Dinâmica, a parte da

Física que estuda as causas do movimento. O que

provoca um movimento? O que é preciso para manter um

movimento? O que causa as variações vistas num

movimento? Essas são algumas questões que a

Dinâmica vai resolver.

Um dos maiores teóricos sobre o tema foi o físico e

matemático inglês sir Isaac Newton (1642-1727), autor

do livro Princípios Matemáticos da Filosofia Natural,

publicado em 1686. Nessa obra, Newton formulou três

princípios essenciais para a compreensão dos problemas

relativos ao movimento. Esses princípios foram

chamados de 1.ª, 2.ª e 3.ª Leis de Newton, que serão

estudadas neste Módulo.

A 1.ª Lei de Newton, também chamada de Lei da

Inércia, descreve o que ocorre com os corpos que estão

em equilíbrio. Para entendê-la — assim como as duas

outras leis —, é preciso, antes, entrar em contato com

alguns conceitos fundamentais da Dinâmica. O primeiro

deles é o de força. Como já vimos no Módulo 1, força é

uma grandeza vetorial. Isso significa que, além do

módulo (o valor numérico da força), precisamos também

conhecer sua direção e seu sentido. Um exemplo de

força é a que colocamos para puxar ou empurrar um

objeto qualquer, como um carro ou um carrinho de mão

(veja a figura abaixo). Quando isso ocorre, estamos

exercendo uma força sobre o objeto.

Outra força presente no nosso

dia a dia é a força de atração da

Terra, que é denominada peso do

corpo. Quando uma maçã cai de

uma árvore, ela está sob a força

da gravidade (figura ao lado).

Nesse caso, a força foi exercida

sem que houvesse necessidade

de contato físico com a fruta —

como ocorreu com o carro e com

o carrinho de mão.

Uma das unidades de medida utilizada para medir as

forças é o quilograma-força (kgf), que equivale ao peso

de um quilograma-

-padrão, ao nível do

mar e a 45º de

latitude (figura ao

lado). Outra, que

integra o Sistema

Internacional de

Unidades (SI), é o

newton — símbolo

N. Um newton

corresponde ao quilograma multiplicado pela aceleração

da gravidade (9,8 m/s2). Assim, 1 kgf corresponde a

9,8 N.

Agora, voltemos à inércia e ao equilíbrio dos corpos.

Antes de Isaac Newton, o físico, matemático e astrônomo

italiano Galileu Galilei (1564-1662) se interessou no

século XVII pelas causas dos movimentos. A partir de

suas experiências, cálculos e observações, ele percebeu

que, se um corpo estiver parado, em repouso, é preciso

que uma força incida sobre ele para que comece a se

mover. Galileu percebeu que, uma vez iniciado o

movimento, interrompendo a ação das forças que atuam

sobre o corpo, ele continuaria a se mover

indefinidamente, com velocidade constante e em linha

reta — em movimento retilíneo uniforme, como já vimos

no Módulo 1. Concluindo, o físico italiano atribuiu a todos

os corpos uma propriedade, chamada de inércia, que é a

tendência de os corpos se manterem em repouso ou em

movimento retilíneo uniforme.

Anos depois, Newton baseou-se nas conclusões de

Galileu para estruturar os princípios da Dinâmica.

Segundo a 1.ª Lei de Newton, na ausência de forças, um

corpo em repouso continua em repouso e um corpo em

movimento move-se em linha reta com velocidade

constante. O mesmo ocorre quando a resultante das

forças (a soma de todas as forças) que atuam em um

corpo for nula.

A 1.ª Lei de Newton explica por que, no momento da

batida de um carro, os ocupantes são projetados para a

frente. Durante a colisão, a velocidade do carro é

interrompida bruscamente, mas os passageiros e objetos

não são desacelerados. Eles mantêm a velocidade e se

deslocam na mesma direção e no mesmo sentido

seguido pelo carro no momento do impacto, pois a força

da colisão atua somente sobre o carro, e não sobre os

seus ocupantes. Daí a importância do airbag para

amortecer o choque.

A Dinâmica é a parte da Física que estuda a causa

dos movimentos. Um de seus maiores teóricos foi sir

Isaac Newton (1642-1727), que elaborou os

princípios fundamentais para que os problemas

relativos ao movimento dos corpos pudessem ser

entendidos.

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SEE-AC Coordenação de Ensino Médio CNF Física 79

Força é uma grandeza vetorial, o que significa que,

para conhecê-la, precisamos saber seu valor (ou

módulo), direção e sentido. É uma grandeza básica

para a compreensão do movimento dos corpos.

Existem duas unidades para medir força. A primeira

é o quilograma-força (kgf), equivalente ao peso de

um quilograma-padrão, ao nível do mar e a 45º de

latitude. A outra é o newton (N), que corresponde ao

quilograma multiplicado pela aceleração da

gravidade (9,8 m/s2). Assim, 1 kgf corresponde a 9,8

N.

Na força de contato é indispensável que haja contato

físico entre os corpos para que neles atue esse tipo

de força. Por exemplo, uma pessoa empurrando uma

mesa ou alguém caminhando.

A força de campo atua a distância, sem necessidade

de contato entre os corpos. Exemplo: a força da

gravidade da Terra.

Também chamada de Lei da Inércia, a 1.ª Lei de

Newton descreve o que ocorre com os corpos em

equilíbrio. Na ausência de forças, um corpo em

repouso permanece em repouso e um corpo em

movimento move-se em linha reta com velocidade

constante. O mesmo ocorre quando a resultante das

forças (a soma de todas as forças) que atuam em um

corpo for nula.

De acordo com a 2.ª Lei de Newton (o Princípio

Fundamental da Dinâmica), a aceleração que um

corpo adquire é diretamente proporcional à

resultante das forças que atuam nele e tem a mesma

direção e o mesmo sentido dessa resultante. A

equação que demonstra esse princípio é R .

Conhecida como Lei da Ação e Reação, a 3.ª Lei de

Newton enuncia que, quando um corpo A exerce

uma força sobre o corpo B, o corpo B reage sobre o

A com uma força de mesma intensidade (ou

módulo), mesma direção e sentido contrário.

Os elevadores permitem que verifiquemos, na

prática, como funcionam as Leis de Newton, que são

os princípios básicos da Dinâmica. Considerando

que os elevadores são um bloco de massa , eles

podem desenvolver um movimento uniforme, em que

o módulo da velocidade é constante, acelerado (o

módulo da velocidade aumenta) ou retardado (o

módulo da velocidade diminui).

Força é uma grandeza vetorial. A ocorrência da força

de atrito implica a existência de movimentos relativos

entre os corpos em contato (atrito cinético) ou, pelo

menos, a tendência de um se movimentar em

relação ao outro (atrito estático) por causa da ação

de outras forças externas a eles aplicadas.

A força de atrito estático se opõe ao início do

movimento entre duas superfícies ou ao atrito de

rolamento de uma superfície sobre a outra. Quando

uma pessoa tenta empurrar um guarda-roupa no

quarto, a dificuldade inicial encontrada para tirar o

guarda-roupa do repouso, e fazê-lo mover-se, deve-

-se, em parte, à força de atrito estático.

A força de atrito máxima é a máxima força de atrito

estático ( ) que pode existir entre duas superfícies

sem que essas deslizem uma sobre a outra. Esse

valor máximo é dado pela seguinte equação:

, em que é o coeficiente de atrito

estático entre as superfícies e é a força normal.

A força de atrito cinético é a existente entre

superfícies que apresentam movimento relativo de

deslizamento entre si. A força de atrito cinético

(também chamado de dinâmico) se opõe sempre a

esse deslizamento e atua nos corpos de forma a

sempre contrariá-lo (tentar impedi-lo). Sua

intensidade é dada por uma equação similar à da

força de atrito estático máxima, apenas trocando-se

o coeficiente de atrito estático pelo coeficiente de

atrito cinético: , em que é o coeficiente de

atrito cinético entre o corpo e a superfície.

*ATENÇÃO, ESTUDANTE!*

Para complementar o estudo deste Módulo, utilize seu LIVRO DIDÁTICO.

*********** ATIVIDADES ***********

Texto para as questões 1 e 2.

Airbag obrigatório

As bolsas infláveis protegem o motorista contra ferimentos na cabeça e no tórax. A partir de 2014, elas serão obrigatórias em todos os carros

Atualmente, apenas veículos não populares saem de

fábrica equipados com airbags, espécie de almofada de

ar localizada dentro do volante e acima do porta-luvas

que infla quando o carro bate, evitando que o motorista e

o passageiro do banco dianteiro sejam projetados contra

o vidro em decorrência da rápida desaceleração do carro.

Com a aprovação da lei que obriga o airbag frontal duplo,

todos os automóveis leves deverão vir de fábrica com o

equipamento a partir de 2014. Os airbags terão de ser

instalados tanto em veículos novos fabricados no Brasil

quanto em carros importados. Apenas os automóveis

destinados à exportação não precisarão cumprir essa

norma.

Muitos veículos — principalmente os tope de linha —,

além do airbag frontal duplo, já vêm com mais quatro ou

seis airbags, que também protegem os passageiros dos

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bancos da frente contra colisões laterais, assim como os

passageiros do banco de trás. O equipamento,

complementar ao cinto de segurança, fornece uma

proteção adicional aos ocupantes, reduzindo o risco de

ferimentos na cabeça e na parte superior do corpo. Ele

funciona da seguinte forma: sensores eletrônicos ligados

ao sistema de aceleração detectam quando há uma

brusca desaceleração do carro, como uma colisão.

Os airbags são programados para inflar quando

ocorre uma colisão equivalente a uma batida contra um

muro de tijolos a uma velocidade a partir de 15 km/h.

Quando isso acontece, é enviada uma informação para

cápsulas geradoras de gás (ou cápsulas infladoras)

localizadas no volante e no porta-luvas, que são

acionadas e fazem a bolsa inflar, graças ao gás

nitrogênio (N2) gerado por meio de uma reação química.

Nesse mesmo instante, as capas protetoras do volante e

do porta-luvas se rompem, abrindo passagem para a

bolsa inflável.

Com o impacto do carro, motorista e passageiro são

lançados para a frente — pois estão sujeitos à Lei de

Newton, como a Lei da Inércia — e batem no colchão de

ar, que amortece o movimento dos ocupantes. Todo o

processo acontece muito rapidamente. O airbag é inflado

em cerca de 30 milissegundos (0,03 s), mais rápido do

que um piscar de olhos, que leva por volta de 100

milissegundos.

Muito, muito rápido

O volume de gases que inflam o airbag provoca a expulsão da bolsa a uma velocidade de 320 km/h

ESTÚDIO PINGADO

Mundo Estranho, jun. 2010 (adaptado).

.1. (AED-SP)

Qual a velocidade mínima, em km/h e m/s, para acionar o

sistema de airbag de um carro em uma colisão com um

muro?

___________________________________________________

___________________________________________________

___________________________________________________

___________________________________________________

___________________________________________________

___________________________________________________

.2. (AED-SP)

O gás normalmente usado para inflar o airbag é o mais

comum ou o mais abundante da composição do ar? Que

gás é esse?

___________________________________________________

___________________________________________________

___________________________________________________

___________________________________________________

___________________________________________________

___________________________________________________

.3. (INEP-MEC)

Na divulgação de um novo modelo, uma fábrica de

automóveis destaca duas inovações em relação à

prevenção de acidentes decorrentes de colisões

traseiras: protetores móveis de cabeça e luzes

intermitentes de freio.

Em caso de colisão traseira, os protetores de cabeça,

controlados por sensores, são movidos para a frente

dentro de milissegundos, para proporcionar proteção

para a cabeça do motorista e do passageiro dianteiro. Os

protetores [...] previnem que a coluna vertebral se dobre,

em caso de acidente, reduzindo o risco de ferimentos

devido ao “efeito chicote” (a cabeça é forçada para trás e,

em seguida, volta rápido para a frente).

As luzes intermitentes de freio [...] alertam os

motoristas que estão atrás com maior eficiência em

relação às luzes de freio convencionais quando existe o

risco de acidente. Testes [...] mostram que o tempo de

reação de frenagem dos motoristas pode ser encurtado

em média de até 0,20 segundo, se uma luz de aviso

piscante for utilizada durante uma frenagem de

emergência. Como resultado, a distância de frenagem

pode ser reduzida em 5,5 metros, aproximadamente,

quando o carro estiver a uma velocidade de 100 km/h.

Disponível em: www.daimlerchrysler.com.br.

Acesso em: 18/1/2006.

Qual lei da Física explica a razão de a cabeça do

motorista ser forçada para trás quando o seu carro sofre

uma colisão traseira, dando origem ao “efeito chicote”?

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(A) Lei da Atração Gravitacional.

(B) Lei da Conservação do Movimento Angular.

(C) 1.ª Lei de Newton (Lei da Inércia).

(D) 2.ª Lei de Newton (Princípio Fundamental da

Dinâmica).

(E) 3.ª Lei de Newton (Lei da Ação e Reação).

.4. (INEP-MEC)

O Código de Trânsito Brasileiro estabelece a

obrigatoriedade do uso do cinto de segurança, tanto para

o motorista e o caroneiro do banco da frente, assim como

para os passageiros do banco traseiro. Essa medida tem

por objetivo prevenir lesões mais graves em caso de

acidentes. Fisicamente, a função do cinto está

relacionada à

(A) 1.ª Lei de Newton.

(B) Lei de Snell-Descartes.

(C) Lei de Faraday.

(D) 1.ª Lei de Ohm.

(E) 1.ª Lei de Kepler.

.5. (UNIFESP)

Na representação da figura, o bloco A desce

verticalmente e traciona o bloco B, que se movimenta em

um plano horizontal por meio de um fio inextensível.

Considere desprezíveis as massas do fio e da roldana e

todas as forças de resistência ao movimento.

Suponha que, no instante representado na figura, o fio se

quebre. Pode-se afirmar que, a partir desse instante,

(A) o bloco A adquire aceleração igual à da gravidade; o

bloco B para.

(B) o bloco A adquire aceleração igual à da gravidade; o

bloco B passa a se mover com velocidade constante.

(C) o bloco A adquire aceleração igual à da gravidade; o

bloco B reduz sua velocidade e tende a parar.

(D) os dois blocos passam a se mover com velocidade

constante.

(E) os dois blocos passam a se mover com a mesma

aceleração.

.6. (INEP-MEC)

Os corpos A, B e C a seguir representados possuem

massas m(A) = 3 kg, m(B) = 2 kg e m(C) = 5 kg.

Considerando que estão apoiados sobre uma superfície

horizontal perfeitamente lisa e que a força F vale 20 N,

determine a intensidade da força que o corpo A exerce

no corpo B.

(A) 14 N.

(B) 08 N.

(C) 02 N.

(D) 10 N.

(E) 12 N.

.7. (INEP-MEC)

Um garoto de massa igual a 50 kg sobe em uma balança

no piso de um elevador, com o elevador descendo

aceleradamente. A aceleração do elevador é de 2 m/s2.

Considerando a aceleração da gravidade 10 m/s2, a

indicação da balança, em newtons, é

(A) 40.

(B) 50.

(C) 400.

(D) 500.

(E) 600.

.8. (INEP-MEC)

Um homem, no interior de um elevador, está jogando

dardos em um alvo fixado na parede interna do elevador.

Inicialmente, o elevador está em repouso, em relação à

Terra, e o homem acerta os dardos bem no centro do

alvo. Em seguida, o elevador está em movimento

uniforme (MU) em relação à Terra. Se o homem quiser

continuar acertando o centro do alvo, como deverá fazer

a mira, em relação ao seu procedimento com o elevador

parado?

(A) Mais alto se o elevador estiver subindo e mais baixo

se estiver descendo.

(B) Mais baixo se o elevador estiver subindo e mais alto

se estiver descendo.

(C) Mais alto, sempre.

(D) Mais baixo, sempre.

(E) Exatamente do mesmo modo.

________________________________________________ *Anotações*

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.9. (UNIFESP)

Conforme noticiou um site da internet em 30/8/2006,

cientistas da Universidade de Berkeley, Estados Unidos,

“criaram uma malha de microfibras sintéticas que utilizam

um efeito de altíssima fricção para sustentar cargas em

superfícies lisas”, à semelhança dos “incríveis pelos das

patas das lagartixas” (www.inovacaotecnologica.com.br).

Segundo esse site, os pesquisadores demonstraram que

a malha criada “consegue suportar uma moeda sobre

uma superfície de vidro inclinada a até 80º” (veja a foto).

Dados sen 80º = 0,98; cos 80º = 0,17 e tg 80º = 5,7,

pode-se afirmar que, nessa situação, o módulo da força

de atrito estático máxima entre essa malha, que reveste

a face de apoio da moeda, e o vidro, em relação ao

módulo do peso da moeda, equivale a,

aproximadamente,

(A) 5,7%.

(B) 11%.

(C) 17%.

(D) 57%.

(E) 98%.

.10. (PUC-RJ)

Uma caixa, cuja velocidade inicial é de 10 m/s, leva 5 s

deslizando sobre uma superfície até parar

completamente. Considerando a aceleração da

gravidade g = 10 m/s2, determine o coeficiente de atrito

cinético que atua entre a superfície e a caixa.

(A) 0,1.

(B) 0,2.

(C) 0,3.

(D) 0,4.

(E) 0,5.

.11. (PUC-RJ)

Um balão de ar quente, de massa desprezível, é capaz

de levantar uma carga de 100 kg mantendo durante a

subida uma velocidade constante de 5,0 m/s.

Considerando a aceleração da gravidade igual a 10 m/s2,

a força que a gravidade exerce (peso) no sistema (balão

+ carga), em newtons, é:

(A) 50.

(B) 100.

(C) 250.

(D) 500.

(E) 1.000.

.12. (UFMG)

Um homem empurra um caixote para a direita, com

velocidade constante, sobre uma superfície horizontal,

como mostra a figura a seguir.

Desprezando-se a resistência do ar, o diagrama que

melhor representa as forças que atuam no caixote é:

(A)

(B)

(C)

(D)

(E)

________________________________________________ *Anotações*

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*MÓDULO 3*

Mecânica – Trabalho, potência, energia

Uma grandeza importante

A questão energética é um tema de vital importância

na atualidade. Países com grandes reservas de energia

estão, em tese, mais bem preparados para se

desenvolver econômica e socialmente. Daí a importância

da recente descoberta das reservas de petróleo na

camada pré-sal na costa brasileira e dos investimentos

feitos nas chamadas energias alternativas, como a solar,

a eólica, o biodiesel e o etanol.

Deve ficar claro que a energia não é criada, mas, sim,

está num constante ciclo de transformações. Um bom

caminho para iniciar o estudo de energia, do ponto de

vista da Física, é conceituar uma grandeza chamada

trabalho, que é a medida das transformações de energia.

Dizemos que o trabalho de uma força constante ( ) sobre

um corpo qualquer, que forma com o deslocamento ( )

do corpo um ângulo , é dado pela fórmula

.

O trabalho realizado pela força depende do ângulo entre a força e o deslocamento

O trabalho de uma força, portanto, depende do ângulo

entre ela e o deslocamento do corpo. Quando a força é

feita paralelamente ao deslocamento e no mesmo

sentido (figura abaixo), o ângulo entre eles (força e

deslocamento) é zero, o que faz com que o cosseno

desse ângulo seja igual a , tornando a equação para

cálculo do trabalho equivalente a .

Força e deslocamento com mesma direção e mesmo sentido

________________________________________________ *Anotações*

E como se calcula o trabalho de uma força constante

não paralela ao deslocamento, como na figura a seguir?

Força e deslocamento com direções diferentes

Nesse caso, o trabalho dependerá do ângulo que a

força forma com a direção do deslocamento do corpo.

Um bom exemplo é o de uma força perpendicular ao

deslocamento. Como o ângulo é de 90º e o cosseno de

90º é zero, teremos que o trabalho realizado também é

igual a zero.

Outro cenário curioso é o de uma força atuando em

sentido contrário ao deslocamento, o que significa que

ela tenderia a frear o objeto e retardar seu deslocamento.

O ângulo da força é de 180º e o cosseno, 1. O trabalho

realizado pela força será negativo.

Em resumo, a energia não é criada nem destruída,

sempre transformada. O trabalho é uma forma de medida

dessas transformações. Quando o ângulo formado entre

a força e o deslocamento estiver compreendido entre 0º

e 90º, o trabalho da força será positivo e a força estará

atuando no sentido de elevar a velocidade do corpo;

caso o ângulo esteja compreendido entre 90º e 180º, o

trabalho será negativo e a força estará atuando para

reduzir a velocidade do corpo. Quando o ângulo for 90º,

o trabalho será zero.

Na primeira representação, o trabalho é positivo; na segunda, é negativo

É preciso saber também que, quando várias forças

atuam sobre um determinado corpo, a soma algébrica

dos trabalhos de cada uma delas é igual ao trabalho

resultante dessas forças. Até agora, falamos do trabalho

de forças constantes. Mas e no caso do trabalho de uma

força variável? O cálculo de uma força variável pode ser

aplicado, por exemplo, no trabalho de esticar uma mola.

Para simplificar o cálculo, a melhor maneira de encontrar

o valor do trabalho de uma força variável é com o auxílio

de um gráfico, onde um dos eixos, normalmente o

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SEE-AC Coordenação de Ensino Médio CNF Física 84

vertical, representa o comportamento da força, e o outro

eixo, horizontal, o deslocamento da força. Com o gráfico

em mãos, para determinar o trabalho, basta calcular a

área compreendida entre o gráfico e o eixo do

deslocamento, desde um ponto inicial até um ponto final

do movimento. Supomos que a força e o deslocamento

estejam ao longo de dois eixos, como mostra o gráfico

abaixo:

FIGURAS: © ESTÚDIO KANNO

Trabalho: essa grandeza, de símbolo , está

associada com a medida de energia. O trabalho de

uma força constante sobre um corpo qualquer, que

forma com o deslocamento um ângulo , é dado

pela fórmula .

Potência ( ) é uma grandeza física definida como a

razão entre a energia produzida, transferida ou

transformada e o intervalo de tempo necessário para

essa transformação.

Energia representa a capacidade de realizar trabalho

ou uma ação. Ela pode se apresentar de diversas

formas: elétrica, solar, nuclear, térmica, química e

mecânica, entre outras.

Joule é a unidade de energia e trabalho no Sistema

Internacional. Um joule equivale à aplicação da força

de 1 newton pela distância de 1 metro.

O kWh é outra unidade para medir energia, muito

comum nas contas de luz das residências. Um kWh

(o mesmo que 103 Wh) equivale a 3,6 x 106 J (ou 3,6

MJ). Por definição, 1 Wh é a quantidade de energia

usada para alimentar uma carga com potência de 1

watt pelo período de uma hora.

Energia cinética é a que um corpo possui em razão

de seu movimento. A energia cinética depende da

massa e da velocidade do corpo. Quanto maiores a

massa e a velocidade, maior a energia cinética. A

fórmula para calcular energia cinética é .

Energia potencial é a que um corpo tem em razão de

sua posição. Uma pedra sobre o solo terá uma

energia potencial desprezível. Mas, se ela for

segurada por uma pessoa na janela do terceiro

andar, sua energia potencial será considerável, já

que ao cair lá de cima será capaz de realizar um

trabalho (amassar um carro, furar a calçada etc.).

Quando a energia potencial de um corpo depende da

força da gravidade — como a pedra citada acima —,

dizemos que ela possui energia potencial

gravitacional, calculada pela fórmula , em

que é a força-peso que atua sobre o corpo e ,

seu deslocamento vertical.

*ATENÇÃO, ESTUDANTE!*

Para complementar o estudo deste Módulo, utilize seu LIVRO DIDÁTICO.

*********** ATIVIDADES ***********

Texto para as questões 1 e 2.

A aposta nas energias renováveis

Para conter o aquecimento global, países investem em fontes alternativas

© ITAMAR AGUIAR

A geração de energia eólica no Brasil é promissora principalmente no litoral do Nordeste, onde os ventos apresentam velocidades propícias

A preocupação com o meio ambiente e as mudanças

climáticas têm feito com que vários países, entre eles o

Brasil, invistam cada vez mais em fontes energéticas

limpas, renováveis e alternativas aos combustíveis

fósseis, como o petróleo, um dos “vilões” do aquecimento

global. Duas das mais promissoras são a energia solar e

a eólica, que usam, respectivamente, a radiação solar e a

força dos ventos como “combustível”. Em estágio não tão

avançado se encontra a energia das marés — ou

maremotriz —, que se vale do movimento das massas de

água do mar para gerar eletricidade.

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SEE-AC Coordenação de Ensino Médio CNF Física 85

O Brasil tem grande potencial de obtenção de energia

de natureza eólica, principalmente na costa nordestina.

Essa região apresenta velocidades de vento propícias ao

aproveitamento da energia eólica em larga escala.

A energia eólica é medida por meio de sensores de

velocidade e direção do vento, chamados anemômetros.

A velocidade dos ventos é medida em metros por

segundo (m/s), embora possa ser utilizado também

quilômetro por hora (km/h).

A instalação de turbinas eólicas é viável em locais

onde a velocidade média anual seja superior a 3,6 m/s.

Embora o potencial eólico seja grande no país, apenas

0,5% da nossa matriz energética, que é de 457,6 milhões

de megawatt-hora (MWh), corresponde a essa fonte

energética.

Quando se trata de energia solar, o Brasil, em razão

de sua localização no globo terrestre, entre a Linha do

Equador e o Trópico de Capricórnio, apresenta condições

bastante favoráveis à sua geração. Essa energia é obtida

por meio da conversão direta da luz do Sol em

eletricidade. Isso se faz por meio de painéis contendo um

conjunto de células solares responsáveis pelo efeito

fotovoltaico, que consiste na geração de uma diferença

de potencial elétrico pela radiação. Esse efeito acontece

quando fótons (energia que o Sol emite) incidem sobre

átomos (normalmente átomos de silício das células

solares), provocando a emissão de elétrons, produzindo

corrente elétrica. Devido à facilidade (técnica e

financeira), essa é uma fonte promissora não somente

para os órgãos públicos para obtenção de energia em

larga escala, mas também para o cidadão comum. Ela

vem sendo cada vez mais utilizada por pequenos

usuários em condomínios, prédios e casas,

principalmente para o aquecimento de água.

A energia solar é medida por aparelhos chamados de

piranômetros, solarímetros ou radiômetros. A potência

solar instantânea que incide por unidade de área

costuma ser medida em watt por metro quadrado (W/m2),

sendo que a energia incidente por unidade de área é

representada em quilowatt-hora por metro quadrado

(kWh/m2). Outras unidades, como joule por metro

quadrado (J/m2) e caloria por centímetro quadrado

(cal/cm2), também são utilizadas correntemente para

energia incidente. Segundo estimativas, a média anual

de energia solar incidente por dia na maior parte do

Brasil varia entre 4 kWh/m2 e 5 kWh/m2.

A energia das marés é obtida de forma similar à da

energia hidrelétrica. Primeiro, é preciso construir uma

barragem, formando um reservatório no mar. Quando a

maré é alta, a água enche o reservatório, passando por

uma turbina e produzindo energia elétrica. Na maré

baixa, o reservatório é esvaziado e a água que sai dele

passa novamente pela turbina, em sentido contrário,

produzindo mais energia.

O Brasil tem grande amplitude de marés em alguns

pontos de sua costa, como na Baía de São Marcos, em

São Luís (MA), mas a topografia do litoral inviabiliza

economicamente a construção de reservatórios, o que

dificulta a instalação de usinas para geração de energia

das marés em nosso litoral.

Superinteressante, ago. 2010.

.1. (AED-SP)

Qual é a velocidade mínima dos ventos para viabilizar a

instalação de turbinas eólicas em determinado local?

___________________________________________________

___________________________________________________

.2. (AED-SP)

Que elemento químico compõe as células fotovoltaicas

dos painéis solares? Justifique.

___________________________________________________

___________________________________________________

___________________________________________________

___________________________________________________

.3. (ENEM-MEC)

Uma das modalidades presentes nas Olimpíadas é o

salto com vara. As etapas de um dos saltos de um atleta

estão representadas na figura:

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 conservada, 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.

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SEE-AC Coordenação de Ensino Médio CNF Física 86

.4. (ENEM-MEC)

Com o objetivo de se testar a eficiência de fornos de

micro-ondas, planejou-se o aquecimento em 10 ºC de

amostras de diferentes substâncias, cada uma com

determinada massa, em cinco fornos de marcas distintas.

Nesse teste, cada forno operou à potência máxima.

O forno mais eficiente foi aquele que

(A) forneceu a maior quantidade de energia às amostras.

(B) cedeu energia à amostra de maior massa em mais

tempo.

(C) forneceu a maior quantidade de energia em menos

tempo.

(D) cedeu energia à amostra de menor calor específico

mais lentamente.

(E) forneceu a menor quantidade de energia às

amostras em menos tempo.

.5. (ENEM-MEC)

A energia elétrica consumida nas residências é

medida, em quilowatt-hora, por meio de um relógio

medidor de consumo. Nesse relógio, da direita para a

esquerda, tem-se o ponteiro da unidade, da dezena, da

centena e do milhar. Se um ponteiro estiver entre dois

números, considera-se o último número ultrapassado

pelo ponteiro. Suponha que as medidas indicadas nos

esquemas seguintes tenham sido feitas em uma cidade

em que o preço do quilowatt-hora fosse de R$ 0,20.

FILHO, A. G.; BAROLLI, E. Instalação Elétrica.

São Paulo: Scipione, 1997.

O valor a ser pago pelo consumo de energia elétrica

registrado seria de

(A) R$ 41,80.

(B) R$ 42,00.

(C) R$ 43,00.

(D) R$ 43,80.

(E) R$ 44,00.

.6. (ENEM-MEC)

Deseja-se instalar uma estação de geração de

energia elétrica em um município localizado no interior de

um pequeno vale cercado de altas montanhas de difícil

acesso. A cidade é cruzada por um rio, que é fonte de

água para consumo, irrigação das lavouras de

subsistência e pesca. Na região, que possui pequena

extensão territorial, a incidência solar é alta o ano todo. A

estação em questão irá abastecer apenas o município

apresentado.

Qual forma de obtenção de energia, entre as

apresentadas, é a mais indicada para ser implantada

nesse município de modo a causar o menor impacto

ambiental?

(A) Termelétrica, pois é possível utilizar a água do rio no

sistema de refrigeração.

(B) Eólica, pois a geografia do local é própria para a

captação desse tipo de energia.

(C) Nuclear, pois o modo de resfriamento de seus

sistemas não afetaria a população.

(D) Fotovoltaica, pois é possível aproveitar a energia

solar que chega à superfície do local.

(E) Hidrelétrica, pois o rio que corta o município é

suficiente para abastecer a usina construída.

.7. (ENEM-MEC)

A instalação elétrica de uma casa envolve várias

etapas, desde a alocação dos dispositivos, instrumentos

e aparelhos elétricos, até a escolha dos materiais que a

compõem, passando pelo dimensionamento da potência

requerida, da fiação necessária, dos eletrodutos*, entre

outras.

Para cada aparelho elétrico existe um valor de

potência associado. Valores típicos de potências para

alguns aparelhos elétricos são apresentados no quadro

seguinte:

Aparelhos Potência (W)

Aparelho de som 120

Chuveiro elétrico 3.000

Ferro elétrico 500

Televisor 200

Geladeira 200

Rádio 50

* Eletrodutos são condutos por onde passa a fiação de uma instalação

elétrica, com a finalidade de protegê-la.

A escolha das lâmpadas é essencial para obtenção de

uma boa iluminação. A potência da lâmpada deverá estar

de acordo com o tamanho do cômodo a ser iluminado. O

quadro a seguir mostra a relação entre as áreas dos

cômodos (em m2) e as potências das lâmpadas (em W),

e foi utilizado como referência para o primeiro pavimento

de uma residência.

CNF Física _________________________________________________________________________________________________________________________

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SEE-AC Coordenação de Ensino Médio CNF Física 87

Área do

cômodo (m2)

Potência da lâmpada (W)

Sala/copa/

cozinha

Quarto, varanda e

corredor

Banheiro

Até 6,0 60 60 60

6,0 a 7,5 100 100 60

7,5 a 10,5 100 100 100

Obs.: Para efeitos dos cálculos das áreas, as paredes são

desconsideradas.

Considerando a planta baixa fornecida, com todos os

aparelhos em funcionamento, a potência total, em watts,

será de

(A) 4.070.

(B) 4.270.

(C) 4.320.

(D) 4.390.

(E) 4.470.

.8. (ENEM-MEC)

A eficiência de um processo de conversão de energia,

definida como sendo a razão entre a quantidade de

energia ou trabalho útil e a quantidade de energia que

entra no processo, é sempre menor que 100% devido a

limitações impostas por leis físicas. A tabela a seguir,

mostra a eficiência global de vários processos de

conversão.

TABELA

Eficiência de alguns sistemas de conversão de energia

Sistema Eficiência

Geradores elétricos 70 – 99%

Motor elétrico 50 – 95%

Fornalha a gás 70 – 95%

Termelétrica a carvão 30 – 40%

Usina nuclear 30 – 35%

Lâmpada fluorescente 20%

Lâmpada incandescente 5%

Célula solar 5 – 28%

HINRICHS, R. A.; KLEINBACH, M. Energia e meio ambiente.

São Paulo: Pioneira Thompson Learning, 2003 (adaptado).

Se essas limitações não existissem, os sistemas

mostrados na tabela, que mais se beneficiariam de

investimentos em pesquisa para terem suas eficiências

aumentadas, seriam aqueles que envolvem as

transformações de energia

(A) mecânica energia elétrica.

(B) nuclear energia elétrica.

(C) química energia elétrica.

(D) química energia térmica.

(E) radiante energia elétrica.

.9. (ENEM-MEC)

Uma fonte de energia que não agride o ambiente, é

totalmente segura e usa um tipo de matéria-prima infinita

é a energia eólica, que gera eletricidade a partir da força

dos ventos. O Brasil é um país privilegiado por ter o tipo

de ventilação necessária para produzi-la. Todavia, ela é a

menos usada na matriz energética brasileira. O Ministério

de Minas e Energia estima que as turbinas eólicas

produzam apenas 0,25% da energia consumida no país.

Isso ocorre porque ela compete com uma usina mais

barata e eficiente: a hidrelétrica, que responde por 80%

da energia do Brasil. O investimento para se construir

uma hidrelétrica é de aproximadamente US$ 100 por

quilowatt. Os parques eólicos exigem investimento de

cerca de US$ 2 mil por quilowatt e a construção de uma

usina nuclear, de aproximadamente US$ 6 mil por

quilowatt. Instalados os parques, a energia dos ventos é

bastante competitiva, custando R$ 200,00 por megawatt-

-hora frente a R$ 150,00 por megawatt-hora das

hidrelétricas e a R$ 600,00 por megawatt-hora das

termelétricas.

Época, 21/4/2008 (com adaptações).

De acordo com o texto, entre as razões que contribuem

para a menor participação da energia eólica na matriz

energética brasileira, inclui-se o fato de

(A) haver, no país, baixa disponibilidade de ventos que

podem gerar energia elétrica.

(B) o investimento por quilowatt exigido para a

construção de parques eólicos ser de

aproximadamente 20 vezes o necessário para a

construção de hidrelétricas.

(C) o investimento por quilowatt exigido para a

construção de parques eólicos ser igual a 1/3 do

necessário para a construção de usinas nucleares.

(D) o custo médio por megawatt-hora de energia obtida

após instalação de parques eólicos ser igual a 1,2

multiplicado pelo custo médio do megawatt-hora

obtido das hidrelétricas.

(E) o custo médio por megawatt-hora de energia obtida

após instalação de parques eólicos ser igual a 1/3 do

custo médio do megawatt-hora obtido das

termelétricas. ________________________________________________ *Anotações*

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.10. (ENEM-MEC)

A energia geotérmica tem sua origem no núcleo

derretido da Terra, onde as temperaturas atingem

4.000 ºC. Essa energia é primeiramente produzida pela

decomposição de materiais radiativos dentro do planeta.

Em fontes geotérmicas, a água, aprisionada em um

reservatório subterrâneo, é aquecida pelas rochas ao

redor e fica submetida a altas pressões, podendo atingir

temperaturas de até 370 ºC sem entrar em ebulição. Ao

ser liberada na superfície, à pressão ambiente, ela se

vaporiza e se resfria, formando fontes ou gêiseres. O

vapor de poços geotérmicos é separado da água e é

utilizado no funcionamento de turbinas para gerar

eletricidade. A água quente pode ser utilizada para

aquecimento direto ou em usinas de dessalinização.

HINRICHS, R. A.; KLEINBACH, M. Energia e meio ambiente.

São Paulo: Ed. ABDR, 2001 (com adaptações).

Depreende-se das informações acima que as usinas

geotérmicas

(A) utilizam a mesma fonte primária de energia que as

usinas nucleares, sendo, portanto, semelhantes os

riscos decorrentes de ambas.

(B) funcionam com base na conversão de energia

potencial gravitacional em energia térmica.

(C) podem aproveitar a energia química transformada

em térmica no processo de dessalinização.

(D) assemelham-se às usinas nucleares no que diz

respeito à conversão de energia térmica em cinética

e, depois, em elétrica.

(E) transformam inicialmente a energia solar em energia

cinética e, depois, em energia térmica.

.11. (ENEM-MEC)

IstoÉ, n.º 1.864, set./2005, p. 69 (com adaptações).

Com o projeto de mochila ilustrado acima, pretende-

-se aproveitar, na geração de energia elétrica para

acionar dispositivos eletrônicos portáteis, parte da

energia desperdiçada no ato de caminhar. As

transformações de energia envolvidas na produção de

eletricidade enquanto uma pessoa caminha com essa

mochila podem ser assim esquematizadas:

As energias I e II, representadas no esquema acima,

podem ser identificadas, respectivamente, como

(A) cinética e elétrica.

(B) térmica e cinética.

(C) térmica e elétrica.

(D) sonora e térmica.

(E) radiante e elétrica.

.12. (ENEM-MEC)

O uso mais popular de energia solar está associado

ao fornecimento de água quente para fins domésticos.

Na figura a seguir, é ilustrado um aquecedor de água

constituído de dois tanques pretos dentro de uma caixa

termicamente isolada e com cobertura de vidro, os quais

absorvem energia solar.

HINRICHS, R. A.; KLEINBACH, M. Energia e meio ambiente. 3.ª ed.

São Paulo: Thompson, 2004, p. 529 (com adaptações).

Nesse sistema de aquecimento,

(A) os tanques, por serem de cor preta, são maus

absorvedores de calor e reduzem as perdas de

energia.

(B) a cobertura de vidro deixa passar a energia luminosa

e reduz a perda de energia térmica utilizada para o

aquecimento.

(C) a água circula devido à variação de energia luminosa

existente entre os pontos X e Y.

(D) a camada refletiva tem como função armazenar

energia luminosa.

(E) o vidro, por ser bom condutor de calor, permite que

se mantenha constante a temperatura no interior da

caixa.

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SEE-AC Coordenação de Ensino Médio CNF Física 89

.13. (ENEM-MEC)

A figura abaixo ilustra uma gangorra de brinquedo

feita com uma vela. A vela é acesa nas duas

extremidades e, inicialmente, deixa-se uma das

extremidades mais baixa que a outra. A combustão da

parafina da extremidade mais baixa provoca a fusão. A

parafina da extremidade mais baixa da vela pinga mais

rapidamente que na outra extremidade. O pingar da

parafina fundida resulta na diminuição da massa da vela

na extremidade mais baixa, o que ocasiona a inversão

das posições. Assim, enquanto a vela queima, oscilam as

duas extremidades.

Nesse brinquedo, observa-se a seguinte sequência de

transformações de energia:

(A) energia resultante de processo químico energia

potencial gravitacional energia cinética

(B) energia potencial gravitacional energia elástica

energia cinética

(C) energia cinética energia resultante de processo

químico energia potencial gravitacional

(D) energia mecânica energia luminosa energia

potencial gravitacional

(E) energia resultante de processo químico energia

luminosa energia cinética

.14. (ENEM-MEC)

Não é nova a ideia de se extrair energia dos oceanos

aproveitando-se a diferença das marés alta e baixa. Em

1967, os franceses instalaram a primeira usina

“maremotriz”, construindo uma barragem equipada de 24

turbinas, aproveitando-se a potência máxima instalada de

240 MW, suficiente para a demanda de uma cidade com

200 mil habitantes. Aproximadamente 10% da potência

total instalada são demandados pelo consumo

residencial.

Nessa cidade francesa, aos domingos, quando

parcela dos setores industrial e comercial para, a

demanda diminui 40%. Assim, a produção de energia

correspondente à demanda aos domingos será atingida

mantendo-se

I. todas as turbinas em funcionamento, com 60%

da capacidade máxima de produção de cada

uma delas.

II. a metade das turbinas funcionando em

capacidade máxima e o restante, com 20% da

capacidade máxima.

III. quatorze turbinas funcionando em capacidade

máxima, uma com 40% da capacidade máxima e

as demais desligadas.

Está correta a situação descrita

(A) apenas em I.

(B) apenas em II.

(C) apenas em I e III.

(D) apenas em II e III.

(E) em I, II e III.

.15. (ENEM-MEC)

Observe a situação descrita na tirinha abaixo.

CARUSO, Francisco; DAOU, Luísa. Tirinhas de Física.

Rio de Janeiro: CBPF, 2000. Vol. 2.

Assim que o menino lança a flecha, há transformação de

um tipo de energia em outra. A transformação, nesse

caso, é de energia

(A) potencial elástica em energia gravitacional.

(B) gravitacional em energia potencial.

(C) potencial elástica em energia cinética.

(D) cinética em energia potencial elástica.

(E) gravitacional em energia cinética.

________________________________________________ *Anotações*

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.16. (ENEM-MEC)

Podemos estimar o consumo de energia elétrica de

uma casa considerando as principais fontes desse

consumo. Pense na situação em que apenas os

aparelhos que constam da tabela abaixo fossem

utilizados diariamente da mesma forma.

TABELA: A tabela fornece a potência e o tempo

efetivo de uso diário de cada aparelho doméstico.

Aparelho

Potência (kW) Tempo de uso

diário (horas)

Ar-condicionado 1,5 8

Chuveiro elétrico 3,3 1/3

Freezer 0,2 10

Geladeira 0,35 10

Lâmpadas 0,10 6

Supondo que o mês tenha 30 dias e que o custo de 1

kWh é de R$ 0,40, o consumo de energia elétrica mensal

dessa casa é de, aproximadamente,

(A) R$ 135.

(B) R$ 165.

(C) R$ 190.

(D) R$ 210.

(E) R$ 230.

.17. (ENEM-MEC)

Águas de março definem se falta luz este ano

Esse foi o título de uma reportagem em jornal de

circulação nacional, pouco antes do início do

racionamento do consumo de energia elétrica, em 2001.

No Brasil, a relação entre a produção de eletricidade e a

utilização de recursos hídricos, estabelecida nessa

manchete, se justifica porque

(A) a geração de eletricidade nas usinas hidrelétricas

exige a manutenção de um dado fluxo de água nas

barragens.

(B) o sistema de tratamento da água e sua distribuição

consomem grande quantidade de energia elétrica.

(C) a geração de eletricidade nas usinas termelétricas

utiliza grande volume de água para refrigeração.

(D) o consumo de água e de energia elétrica utilizadas

na indústria compete com o da agricultura.

(E) é grande o uso de chuveiros elétricos, cuja operação

implica abundante consumo de água. ________________________________________________ *Anotações*

.18. (ENEM-MEC)

O setor de transporte, que concentra uma grande

parcela da demanda de energia no país, continuamente

busca alternativas de combustíveis.

Investigando alternativas ao óleo diesel, alguns

especialistas apontam para o uso do óleo de girassol,

menos poluente e de fonte renovável, ainda em fase

experimental. Foi constatado que um trator pode rodar,

nas mesmas condições, mais tempo com um litro de óleo

de girassol, que com um litro de óleo diesel.

Portanto, essa constatação significaria que, usando óleo

de girassol,

(A) o consumo por km seria maior do que com óleo

diesel.

(B) as velocidades atingidas seriam maiores do que com

óleo diesel.

(C) o combustível do tanque acabaria em menos tempo

do que com óleo diesel.

(D) a potência desenvolvida pelo motor, em uma hora,

seria menor do que com óleo diesel.

(E) a energia liberada por um litro desse combustível

seria maior do que por um de óleo diesel.

.19. (ENEM-MEC)

No Brasil, o sistema de transporte depende do uso de

combustíveis fósseis e de biomassa, cuja energia é

convertida em movimento de veículos. Para esses

combustíveis, a transformação de energia química em

energia mecânica acontece

(A) na combustão, que gera gases quentes para mover

os pistões no motor.

(B) nos eixos, que transferem torque às rodas e

impulsionam o veículo.

(C) na ignição, quando a energia elétrica é convertida

em trabalho.

(D) na exaustão, quando gases quentes são expelidos

para trás.

(E) na carburação, com a difusão do combustível no ar.

.20. (ENEM-MEC)

Em usinas hidrelétricas, a queda d’água move turbinas

que acionam geradores. Em usinas eólicas, os geradores

são acionados por hélices movidas pelo vento. Na

conversão direta solar-elétrica, são células fotovoltaicas

que produzem tensão elétrica. Além de todos produzirem

eletricidade, esses processos têm em comum o fato de

(A) não provocarem impacto ambiental.

(B) independerem de condições climáticas.

(C) a energia gerada poder ser armazenada.

(D) utilizarem fontes de energia renováveis.

(E) dependerem das reservas de combustíveis fósseis.

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*MÓDULO 4*

Energia – Conservação e dissipação

Nada se perde, tudo se conserva

O texto de abertura da seção “Atividades” deste

Módulo faz referência à lei ou ao princípio geral de

conservação de energia. Ele estabelece que a

quantidade de energia de um sistema isolado (que não

interage com outro) permanece sempre constante. Uma

consequência direta dessa lei é que a energia não pode

ser criada nem destruída, mas, simplesmente,

transformada.

Isso acontece nas hidrelétricas, quando a energia

potencial das quedas-d’água se transforma em energia

cinética. Em seguida, ao mover os geradores das usinas,

muda novamente de forma, gerando eletricidade. Nos

automóveis, também ocorre uma transformação, mas de

outra natureza: a energia térmica que faz o motor

funcionar se transforma em energia cinética, movendo os

veículos. Já no liquidificador que você tem em casa, a

energia elétrica que chega ao aparelho é convertida em

energia mecânica, fazendo suas hélices girar.

Para entender como os físicos chegaram à

formulação do princípio de conservação de energia, é

preciso compreender antes os conceitos de forças

conservativas e dissipativas. Quando um corpo qualquer

se desloca do ponto A até o ponto B, seguindo uma

trajetória 1, o trabalho que ele realizou é expresso pela

diferença entre a energia potencial do corpo no ponto B e

a energia potencial do corpo no ponto A

. Essa regra vale para qualquer tipo de

deslocamento, por mais irregular e tortuoso que ele seja.

O gráfico mostra que, num sistema conservativo, a energia total se mantém constante

Na natureza, encontramos vários exemplos de forças

cujo trabalho realizado não depende da trajetória do

corpo. Isso acontece, por exemplo, com a força elástica

das molas e até com a força elétrica. Essas forças cujo

trabalho realizado independe do caminho percorrido são

chamadas forças conservativas. A fórmula para calcular

o trabalho que elas realizam será sempre

. Mas existem também as forças dissipativas ou não

conservativas, que são aquelas cujo trabalho depende da

trajetória do corpo. Um exemplo desse tipo de força é o

atrito.

Sabendo disso, como se dá a conservação da energia

mecânica de um sistema fechado? Veja o exemplo a

seguir: quando um corpo se encontra numa altura

qualquer, ele é dotado de energia potencial — é o caso

de um carrinho de montanha-russa. Ao ser abandonado

e despencar lá de cima, num sistema ideal ou sem

perdas, a energia total é conservada e sua energia

potencial se transforma integralmente em cinética.

Observe que houve transformação de um tipo de energia

em outro.

Como escrever essa relação matematicamente?

Simples: se toda energia é convertida, então podemos

dizer que a energia mecânica num ponto A é igual num

ponto B, ou seja, . Normalmente, a energia

mecânica é apresentada em forma de cinética e

potencial. No caso do exemplo anterior, o carrinho de

montanha-russa tem no ponto mais alto, ponto A, energia

cinética e potencial gravitacional. Ao descer para um

ponto B, sua energia potencial diminui e é convertida em

energia cinética. Como a energia cinética aumenta, a

velocidade do carrinho também aumenta.

Num sistema real ou com perdas, a energia potencial

também é transformada em cinética — garantindo o

movimento —, mas parcialmente. Parte dela é

transformada em térmica, por causa do atrito, e sonora,

por exemplo. Mas onde estão as perdas? Esses dois

tipos de energia (térmica e sonora) são considerados

perdas, pois não são aproveitados no sistema — já que

não são usados no movimento.

Em resumo, podemos ter dois casos: sistema

conservativo (quando não temos perdas) e sistema

dissipativo (quando parte da energia não é aproveitada).

É importante lembrar que a energia não é realmente

criada nem perdida; ela é sempre transformada em

outros tipos. Quando a energia da transformação não for

aproveitável no sistema, então consideramos que houve

perdas.

O princípio de conservação de energia estabelece

que a quantidade de energia de um sistema isolado

(que não interage com outro) é sempre constante.

Com isso, podemos concluir que a energia não pode

ser criada nem destruída, mas, simplesmente,

transformada em alguma outra forma.

Forças conservativas são aquelas cujo trabalho

realizado não depende do caminho percorrido pelo

corpo. A equação para calcular o trabalho que elas

realizam será sempre . Se apenas

forças conservativas atuarem sobre o corpo em

movimento, sua energia mecânica total permanecerá

constante para qualquer ponto da trajetória. Isso

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SEE-AC Coordenação de Ensino Médio CNF Física 92

quer dizer que a energia mecânica do sistema se

conservará.

Também chamadas de não conservativas, as forças

dissipativas são aquelas cujo trabalho depende da

trajetória do corpo. Um exemplo desse tipo de força

é o atrito.

A noção de rendimento na Física está associada aos

conceitos de energia e potência. Dizemos que o

rendimento de uma máquina é expresso pela relação

entre a potência útil (ou utilizada) e a potência total

fornecida a ela. A fórmula para calcular rendimento

é: .

Força elástica: a força exercida por uma mola é dada

pela equação , onde é a deformação

sofrida pela mola a partir do seu comprimento natural

e , uma constante, específica para cada mola,

denominada constante elástica da mola. A

deformação está relacionada ao acréscimo no

comprimento sofrido pela mola quando ela é esticada

ou à redução do comprimento quando ela é

comprimida.

A energia potencial elástica é definida pelo trabalho

que a mola realiza sobre o corpo ao empurrá-lo até a

posição normal da mola, isto é, em que ela para de

sofrer qualquer deformação. A fórmula para chegar

ao cálculo da energia potencial elástica é

. Quanto maiores forem a constante da mola e

sua deformação , maior será a energia potencial

elástica do corpo.

A 1.ª Lei de Kepler afirma que, ao contrário do que

defendia Copérnico, os planetas se movem em torno

do Sol em órbitas elípticas (e não circulares), com o

Sol num dos focos da elipse.

A 2.ª Lei de Kepler diz que o vetor que liga o Sol aos

planetas percorre áreas iguais em tempos iguais.

A 3.ª Lei de Kepler diz que os quadrados dos tempos

das revoluções siderais dos planetas são

proporcionais aos cubos dos semieixos maiores de

suas órbitas.

A Lei da Gravitação Universal, formulada por Isaac

Newton, diz que dois corpos quaisquer se atraem

com uma força proporcional ao produto de suas

massas e inversamente proporcional ao quadrado da

distância entre eles. Equacionando: .

*ATENÇÃO, ESTUDANTE!*

Para complementar o estudo deste Módulo, utilize seu LIVRO DIDÁTICO.

*********** ATIVIDADES ***********

Texto para as questões de 1 a 3.

Benditos rios

Cerca de 70% da energia elétrica no Brasil é gerada pela força das águas. Embora seja uma fonte renovável, ela não está livre de problemas ambientais

© DIVULGAÇÃO

Construída no rio Paraná, na fronteira entre Brasil e Paraguai, a Usina de Itaipu é a maior do mundo em capacidade de geração de energia

O Brasil é um dos países que mais investem em

energia hidrelétrica, gerada nos rios. Não por acaso, a

Usina de Itaipu, a maior do planeta em geração de

energia, está localizada em nosso território, na fronteira

com o Paraguai. Segundo a Agência Nacional de Energia

Elétrica (Aneel), por volta de 70% de toda a energia

elétrica produzida no país vem de fonte hidráulica, que é

considerada limpa e renovável. O princípio básico de

funcionamento de uma usina é usar a força de uma

queda-d’água para gerar energia elétrica.

Fisicamente falando, dizemos que a energia potencial

da queda-d’água se transforma em energia cinética e, em

seguida, é convertida em eletricidade (energia elétrica).

Esse processo é explicado pelo princípio geral de

conservação de energia, que diz que a energia total de

um sistema é constante. Ela pode sofrer transformações,

mas não pode ser criada nem destruída.

Para funcionar, as hidrelétricas precisam ter um

grande reservatório de água, formado pelo represamento

de um rio. Junto dele fica o vertedouro, a parte mais

visível da usina. Ele é empregado para controlar o nível

das águas do reservatório, evitando que transborde. O

vertedouro da usina hidrelétrica de Tucuruí, no rio

Tocantins, no Pará, é o maior do mundo.

Um equipamento fundamental das hidrelétricas são

suas enormes turbinas, parecidas com cata-ventos

gigantes. Elas ficam embutidas na estrutura da

hidrelétrica e não são visíveis. Impulsionadas pela

pressão da água do rio represado, as turbinas acionam

geradores que são responsáveis pela transformação de

energia. Depois de “gerada” — termo popularmente

usado —, a eletricidade é conduzida através de cabos

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SEE-AC Coordenação de Ensino Médio CNF Física 93

até uma subestação, junto à hidrelétrica, onde

transformadores irão elevar sua tensão (ou voltagem).

Isso é essencial para que a energia possa ser

transportada por grandes distâncias até as cidades.

Mesmo com o considerável número de usinas

hidrelétricas existentes no país, vivemos, no começo

desta década, um período de racionamento provocado,

entre outros motivos, pela falta de chuvas. Mas qual é a

relação entre chuvas e eletricidade? Simples: quando há

um período grande de seca, os rios perdem volume e o

nível do reservatório das usinas cai, reduzindo a força da

queda-d’água. Assim, as turbinas giram mais lentamente

e produzem menos energia.

Após a crise de 2001, que levou ao “apagão”, o

governo tomou medidas para evitar que a situação se

repetisse. Hoje, grandes empreendimentos hidrelétricos,

como o complexo do rio Madeira, formado pelas usinas

de Santo Antônio e Jirau, estão sendo construídos em

Rondônia. Outra megausina, a de Belo Monte (um pouco

menor do que Itaipu), deverá começar a ser construída

em breve no rio Xingu, no Pará. Essa é a maior obra do

Programa de Aceleração do Crescimento (PAC), do

governo federal. Alvo de críticas de ambientalistas, pela

inundação que causam para a formação dos

reservatórios, as grandes hidrelétricas, segundo

especialistas, são fundamentais para garantir o

abastecimento energético do país nas próximas décadas.

Superinteressante, ago. 2010.

.1. (AED-SP)

O texto acima faz referência ao princípio geral de

conservação de energia. Você seria capaz de enunciá-

-lo?

___________________________________________________

___________________________________________________

___________________________________________________

___________________________________________________

.2. (AED-SP)

De acordo com a Agência Nacional de Energia Elétrica

(Aneel), qual é a principal fonte energética brasileira e a

que percentual ela corresponde de nossa matriz elétrica?

___________________________________________________

___________________________________________________

___________________________________________________

___________________________________________________

.3. (AED-SP)

Que medidas o governo brasileiro tomou para evitar que

ocorram racionamentos de energia no futuro?

___________________________________________________

___________________________________________________

___________________________________________________

___________________________________________________

.4. (ENEM-MEC)

A tabela a seguir apresenta alguns exemplos de

processos, fenômenos ou objetos em que ocorrem

transformações de energia. Nessa tabela, aparecem as

direções de transformação de energia. Por exemplo, o

termopar é um dispositivo onde energia térmica se

transforma em energia elétrica.

Dentre os processos indicados na tabela, ocorre

conservação de energia

(A) em todos os processos.

(B) somente nos processos que envolvem

transformações de energia sem dissipação de calor.

(C) somente nos processos que envolvem

transformações de energia mecânica.

(D) somente nos processos que não envolvem energia

química.

(E) somente nos processos que não envolvem nem

energia química nem energia térmica.

.5. (ENEM-MEC)

O esquema abaixo mostra, em termos de potência

(energia/tempo), aproximadamente, o fluxo de energia, a

partir de uma certa quantidade de combustível vinda do

tanque de gasolina, em um carro viajando com

velocidade constante.

O esquema mostra que, na queima da gasolina, no motor

de combustão, uma parte considerável de sua energia é

dissipada. Essa perda é da ordem de

(A) 80%.

(B) 70%.

(C) 50%.

(D) 30%.

(E) 20%.

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SEE-AC Coordenação de Ensino Médio CNF Física 94

.6. (ENEM-MEC)

Na avaliação da eficiência de usinas quanto à

produção e aos impactos ambientais, utilizam-se vários

critérios, tais como: razão entre produção efetiva anual

de energia elétrica e potência instalada ou razão entre

potência instalada e área inundada pelo reservatório. No

quadro seguinte, esses parâmetros são aplicados às

duas maiores hidrelétricas do mundo: Itaipu, no Brasil, e

Três Gargantas, na China.

parâmetros Itaipu Três Gargantas

potência instalada 12.600 MW 18.200 MW

produção efetiva de

energia elétrica

93 bilhões de

kWh/ano

84 bilhões de

kWh/ano

área inundada pelo

reservatório

1.400 km2

1.000 km2

www.itaipu.gov.br.

Com base nessas informações, avalie as afirmativas que

se seguem:

I. A energia elétrica gerada anualmente e a

capacidade nominal máxima de geração da

hidrelétrica de Itaipu são maiores que as da

hidrelétrica de Três Gargantas.

II. Itaipu é mais eficiente que Três Gargantas no

uso da potência instalada na produção de

energia elétrica.

III. A razão entre potência instalada e área

inundada pelo reservatório é mais favorável na

hidrelétrica Três Gargantas do que em Itaipu.

É correto apenas o que se afirma em

(A) I.

(B) II.

(C) III.

(D) I e III.

(E) II e III.

.7. (FUVEST-SP)

Um esqueitista treina em uma pista cujo perfil está

representado na figura a seguir.

O trecho horizontal AB está a uma altura h = 2,4 m em

relação ao trecho, também horizontal, CD. O esqueitista

percorre a pista no sentido de A para D. No trecho AB,

ele está com velocidade constante, de módulo v = 4 m/s;

em seguida, desce a rampa BC, percorre o trecho CD, o

mais baixo da pista, e sobe a outra rampa até atingir uma

altura máxima H, em relação a CD. A velocidade do

esqueitista no trecho CD e a altura máxima H são,

respectivamente, iguais a

(A) 5 m/s e 2,4 m.

(B) 7 m/s e 2,4 m.

(C) 7 m/s e 3,2 m.

(D) 8 m/s e 2,4 m.

(E) 8 m/s e 3,2 m.

NOTE E ADOTE

g = 10 m/s2

Desconsiderar:

Efeitos dissipativos.

Movimentos do esqueitista em relação ao esqueite.

.8. (INEP-MEC)

O trabalho realizado por uma força conservativa

independe da trajetória, o que não acontece com as

forças dissipativas, cujo trabalho realizado depende da

trajetória. São bons exemplos de forças conservativas e

dissipativas, respectivamente,

(A) peso e massa.

(B) peso e resistência do ar.

(C) força de contato e força normal.

(D) força elástica e força centrípeta.

(E) força centrípeta e força centrífuga.

.9. (ENEM-MEC)

A tabela abaixo resume alguns dados importantes

sobre os satélites de Júpiter.

Ao observar os satélites de Júpiter pela primeira vez,

Galileu Galilei fez diversas anotações e tirou importantes

conclusões sobre a estrutura de nosso universo. A figura

abaixo reproduz uma anotação de Galileu referente a

Júpiter e seus satélites.

De acordo com essa representação e com os dados da

tabela, os pontos indicados por 1, 2, 3 e 4 correspondem,

respectivamente, a

(A) Io, Europa, Ganimedes e Calisto.

(B) Ganimedes, Io, Europa e Calisto.

(C) Europa, Calisto, Ganimedes e Io.

(D) Calisto, Ganimedes, Io e Europa.

(E) Calisto, Io, Europa e Ganimedes.

CNF Física _________________________________________________________________________________________________________________________

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SEE-AC Coordenação de Ensino Médio CNF Física 95

.10. (ENEM-MEC)

O texto foi extraído da peça Tróilo e Créssida, de

William Shakespeare, escrita, provavelmente, em 1601.

“Os próprios céus, os planetas, e este centro

reconhecem graus, prioridade, classe,

constância, marcha, distância, estação, forma,

função e regularidade, sempre iguais;

eis por que o glorioso astro Sol

está em nobre eminência entronizado

e centralizado no meio dos outros,

e o seu olhar benfazejo corrige

os maus aspectos dos planetas malfazejos,

e, qual rei que comanda, ordena

sem entraves aos bons e aos maus.”

(personagem Ulysses, ato I, cena III)

SHAKESPEARE, W. Tróilo e Créssida:

Porto: Lello & Irmão, 1948.

A descrição feita pelo dramaturgo renascentista inglês se

aproxima da teoria

(A) geocêntrica, do grego Claudius Ptolomeu.

(B) da reflexão da luz, do árabe Alhazen.

(C) heliocêntrica, do polonês Nicolau Copérnico.

(D) da rotação terrestre, do italiano Galileu Galilei.

(E) da gravitação universal, do inglês Isaac Newton.

.11. (ENEM-MEC)

Para o registro de processos naturais e sociais,

devem ser utilizadas diferentes escalas de tempo. Por

exemplo, para a datação do sistema solar, é necessária

uma escala de bilhões de anos, enquanto que, para a

história do Brasil, basta uma escala de centenas de anos.

Assim, para os estudos relativos ao surgimento da vida

no Planeta e para os estudos relativos ao surgimento da

escrita, seria adequado utilizar, respectivamente, escalas

de

Vida no Planeta Escrita

(A) milhares de anos centenas de anos

(B) milhões de anos centenas de anos

(C) milhões de anos milhares de anos

(D) bilhões de anos milhões de anos

(E) bilhões de anos milhares de anos

________________________________________________ *Anotações*

.12. (ENEM-MEC)

Na linha de uma tradição antiga, o astrônomo grego

Ptolomeu (100-170 d.C.) afirmou a tese do geocentrismo,

segundo a qual a Terra seria o centro do universo, sendo

que o Sol, a Lua e os planetas girariam em seu redor em

órbitas circulares. A teoria de Ptolomeu resolvia de modo

razoável os problemas astronômicos da sua época.

Vários séculos mais tarde, o clérigo e astrônomo polonês

Nicolau Copérnico (1473-1543), ao encontrar inexatidões

na teoria de Ptolomeu, formulou a teoria do

heliocentrismo, segundo a qual o Sol deveria ser

considerado o centro do universo, com a Terra, a Lua e

os planetas girando circularmente em torno dele. Por fim,

o astrônomo e matemático alemão Johannes Kepler

(1571-1630), depois de estudar o planeta Marte por cerca

de trinta anos, verificou que a sua órbita é elíptica. Esse

resultado generalizou-se para os demais planetas.

A respeito dos estudiosos citados no texto, é correto

afirmar que

(A) Ptolomeu apresentou as ideias mais valiosas, por

serem mais antigas e tradicionais.

(B) Copérnico desenvolveu a teoria do heliocentrismo

inspirado no contexto político do Rei Sol.

(C) Copérnico viveu em uma época em que a pesquisa

científica era livre e amplamente incentivada pelas

autoridades.

(D) Kepler estudou o planeta Marte para atender às

necessidades de expansão econômica e científica da

Alemanha.

(E) Kepler apresentou uma teoria científica que, graças

aos métodos aplicados, pôde ser testada e

generalizada.

________________________________________________ *Anotações*

CNF Física _________________________________________________________________________________________________________________________

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SEE-AC Coordenação de Ensino Médio CNF Física 96

.13. (ENEM-MEC)

O ônibus espacial Atlantis foi lançado ao espaço com

cinco astronautas a bordo e uma câmera nova, que iria

substituir uma outra danificada por um curto-circuito no

telescópio Hubble. Depois de entrarem em órbita a

560 km de altura, os astronautas se aproximaram do

Hubble. Dois astronautas saíram da Atlantis e se

dirigiram ao telescópio. Ao abrir a porta de acesso, um

deles exclamou: “Esse telescópio tem a massa grande,

mas o peso é pequeno.”

AFP

Considerando o texto e as leis de Kepler, pode-se afirmar

que a frase dita pelo astronauta

(A) se justifica, porque o tamanho do telescópio

determina a sua massa, enquanto seu pequeno peso

decorre da falta de ação da aceleração da gravidade.

(B) se justifica, ao verificar que a inércia do telescópio é

grande, comparada à dele próprio, e que o peso do

telescópio é pequeno porque a atração gravitacional

criada por sua massa era pequena.

(C) não se justifica, porque a avaliação da massa e do

peso de objetos em órbita tem por base as leis de

Kepler, que não se aplicam a satélites artificiais.

(D) não se justifica, porque a força-peso é a força

exercida pela gravidade terrestre, neste caso, sobre

o telescópio, e é a responsável por manter o próprio

telescópio em órbita.

(E) não se justifica, pois a ação da força-peso implica a

ação de uma força de reação contrária, que não

existe naquele ambiente. A massa do telescópio

poderia ser avaliada simplesmente pelo seu volume.

________________________________________________ *Anotações*

.14. (INEP-MEC)

Atualmente, o principal projeto da Nasa é a

preparação da viagem tripulada a Marte, prevista para a

segunda década do século XXI. Mais do que problemas

técnicos, uma missão desse porte ainda é inviável pelo

fator humano. No espaço, os astronautas sofrem de

distúrbios do sono, alterações dos batimentos cardíacos,

atrofias de músculos e ossos e depressão do sistema

imunológico. Os cientistas precisam superar esses males

antes de enviar uma tripulação para uma viagem de dois

anos até Marte. A ida de Glenn ao espaço, aos 77 anos,

faz parte desse projeto, já que os distúrbios sofridos

pelos astronautas são semelhantes aos da velhice.

Zero Hora, 23/10/1998.

Sabe-se que a distância média de Marte ao Sol é maior

que a da Terra ao Sol. Portanto, Marte leva _______

tempo que a Terra para dar uma volta completa em torno

do Sol e sua velocidade orbital é _______ que a da Terra.

As lacunas são corretamente preenchidas,

respectivamente, por

(A) menos; menor.

(B) menos; maior.

(C) o mesmo; menor.

(D) mais; maior.

(E) mais; menor.

.15. (PUC-SP)

A sonda Galileo terminou sua tarefa de capturar

imagens do planeta Júpiter quando, em 29 de setembro

deste ano, foi lançada em direção ao planeta depois de

orbitá-lo por um intervalo de tempo correspondente a 8

anos terrestres.

Folha de S. Paulo, 22/11/2004.

Considerando que Júpiter está cerca de 5 vezes mais

afastado do Sol do que a Terra, é correto afirmar que,

nesse intervalo de tempo, Júpiter completou, em torno do

Sol,

(A) cerca de 1,6 volta.

(B) menos de meia volta.

(C) aproximadamente 8 voltas.

(D) aproximadamente 11 voltas.

(E) aproximadamente 3/4 de volta.

________________________________________________

*Anotações*