Nesta página são apresentados os conceitos mais importantes sobre energia, vídeos, exercícios e demais materiais didáticos para que você aprenda este conteúdo.
O Sol é uma fonte de energia? Qual a sua importância em nossas vidas?
O Sol e as fontes de energia
No vídeo acima percebemos a importância do Sol em nossas vidas como uma fonte de energia. Além disso, a energia não pode ser criada e nem destruída, podemos apenas transformar um tipo de energia em outro.
A energia solar está associada à formação de combustíveis fósseis, crescimento de plantas, chuvas, ventos e demais processos.
O Sol é uma fonte quase inesgotável de energia sendo a origem de sua energia a fusão nuclear entre núcleos de átomos de hidrogênio que resultam em átomos de hélio e energia radiante. A fusão nuclear ocorre pela conversão da matéria em energia pela equação de Einstein: E = m.c².
Por falar em energia, você sabe quais são as fontes de energia renováveis e não renováveis?
"Na natureza nada se cria, nada se perde, tudo se transforma". Lavoisier
Através do pensamento de Lavoisier compreenda estas transformações de energia:
Os raios solares chegam à Terra praticamente paralelos por causa da grande distância entre a Terra e o Sol.
Devido à curvatura terrestre, a energia solar incidente por metro quadrado é maior no equador do que nos polos.
As estações do ano são causadas pela inclinação do eixo de rotação terrestre em 23,5 º e o movimento de translação terrestre.
Para simular as estações do ano, você pode utilizar um globo terrestre e uma lanterna, explicando como funciona este fenômeno interessante.
A água ocupa três quartos (75%) da superfície de nosso planeta e é muito importante para o equilíbrio climático da Terra, pois requer muita energia para evaporar e para aquecer.
As correntes marítimas são importantes para a distribuição de energia na Terra.
O ciclo da água também é responsável pela distribuição de energia na Terra.
Energia cinética, potencial e mecânica
Temos algumas fórmulas sobre energia cinética, potencial e mecânica:
Energia potencial gravitacional
Força elástica e a Lei de Hooke
Energia potencial elástica
Abaixo são apresentados exercícios sobre energia cinética. As respostas destes exercícios estão nos vídeos das aulas ao final da lista:
Qual a energia cinética de um carro com massa 1500 kg que viaja a 20 m/s?
Qual a massa de uma pedra que foi lançada com uma velocidade de 5 m/s, sabendo-se que nesse instante ele possui uma energia cinética de 25 J?
Determine qual é o valor da energia cinética associada a um móvel de massa 1500g e velocidade de 20m/s.
A energia cinética de um corpo é 1800 J e sua massa é 2 kg. Determine sua velocidade.
Qual a energia cinética de uma partícula de massa 5000g cuja velocidade vale 72km/h?
Calcule a energia cinética de um corpo de massa de 50Kg que se move a uma velocidade de 20 km/h.
Qual a energia cinética de um corpo a 180 km/h que possui 200 kg de massa?
Aula 1 sobre energia cinética
Aprenda nesta aula sobre energia cinética e veja a resolução de exercícios da lista.
Aula 2 sobre energia cinética
Aprenda nesta aula sobre energia cinética e veja a resolução de exercícios da lista.
Aula 3 sobre energia cinética
Aprenda nesta aula sobre energia cinética e veja a resolução de exercícios da lista.
Energia potencial gravitacional e elástica
Energia potencial é uma forma de energia que pode ser armazenada por um corpo e que depende da posição desse corpo. Toda energia potencial pode ser transformada em outras formas de energias potenciais ou em energia cinética por meio da aplicação de uma força sobre o corpo.
Energia potencial gravitacional
A energia potencial gravitacional é um tipo de energia devido à altura de um determinado corpo em relação ao nível de referência em análise, como o solo, por exemplo. Esta energia é calculada pelo trabalho da força peso, T = F.d, ou seja T = m.a.d, que será T = m.g.h, então Epg = m.g.h.
Energia potencial elástica
A energia potencial elástica é um tipo de energia resultante da deformação de molas e elásticas. É calculada através de uma constante elástica K (em N/m) e a deformação x (em m).
O físico inglês Robert Hooke observou que a força restauradora que as molas aplicam em objetos ligados a elas é calculada por F = K.x, em que K é a constante elástica da mola e depende do material, espessura e outros fatores que variam de uma mola para outra. Sua unidade é Newton/metro (N/m). A deformação é a variação do comprimento que a mola sofre durante a ação da força.
Trabalho da força elástica
O trabalho da força elástica é calculado através da área do gráfica que relaciona F e x.
Abaixo são apresentados exercícios sobre energia potencial elástica e gravitacional. Após a lista são apresentadas aulas com as resoluções dos exercícios:
1) Uma mola é deslocada 10 cm da sua posição de equilíbrio; sendo a constante elástica desta mola equivalente à 50 N/m, determine a energia potencial elástica associada a esta mola em razão desta deformação.
2) Um corpo de massa de 6 kg está posicionado a uma altura de 30 m. Calcule a energia potencial gravitacional desse corpo.
3) (UEL-PR) Uma mola elástica ideal, submetida à ação de uma força de intensidade F = 10 N, está deformada de 2,0 cm. A energia elástica armazenada na mola é de:
a) 0,10 J b) 1,0 J c) 0,20 J d) 2,0 J e) 0,50 J
4) Um objeto de 2Kg é lançado da janela de um prédio de 10 m. Considerando a aceleração da gravidade local g=10m/s². Qual é a Energia Potencial Gravitacional do objeto?
5) Calcule a energia potencial elástica armazenada em uma mola, cuja constante elástica é 100 N/m, que está comprimida, apresentando uma deformação de 45 cm.
6) Qual é o valor da energia potencial gravitacional associada a uma pedra de massa igual a 20 kg quando esta se encontra no topo de um morro de 140 m de altura em relação ao solo?
7) Uma pedra de massa igual a 5 kg estava a uma altura de 50 m do solo e cai. O valor da energia potencial gravitacional desta pedra na metade da queda é:
a) 2500 J b) 1250 J c) 5000 J d) 1000 J e) zero
8) Calcule a energia potencial gravitacional de um corpo de 2000 kg a 3 m de altura na Terra. Adote g = 9,8 m/s².
9) (UFS-SE) Certa mola de constante elástica k = 100 N/m apresenta-se deformada de 10 cm. A energia armazenada na mola é, em joules, de:
a) 0,5 b) 1.000 c) 10 d) 5.000 e) 50
10) Uma mola de constante K=5000 N/m é comprimida por uma distância de 10 cm. Qual é a energia potencial elástica nela armazenada?
11) Calcule a energia potencial gravitacional de um corpo com 600 g com velocidade de 72 km/h.
12) Calcule a energia potencial elástica de uma mola com K = 0,2 N/m e com deformação de 20 cm.
Aula 1: Energia potencial gravitacional e elástica
Aprenda nesta aula sobre a energia potencial e sobre a resolução de exercícios da lista acima.
Aula 2: Energia potencial gravitacional e elástica
Aprenda nesta aula sobre a energia potencial e sobre a resolução de exercícios da lista acima.
Aula 3: Energia potencial gravitacional e elástica
Aprenda nesta aula sobre a energia potencial e sobre a resolução de exercícios da lista acima.
Fonte das imagens sobre energia potencial gravitacional e elástica
A soma da energia cinética e a energia potencial de um corpo resulta na energia mecânica. Temos a conservação da energia, quando não existe perdas de energia por ação de outras forças. Caso existam forças que podem retirar energia de um sistema, como as forças de atrito, conhecidas como forças dissipativas, perdemos energia.
Após assistir os vídeos sobre energia mecânica e fazer as simulações, resolva os exercícios. As respostas estão nos vídeos das aulas após os exercícios:
1) (Mackenzie-SP) Uma criança de 20 kg ao deslizar, a partir do repouso, num escorregador de 2,0 m de altura, chega ao solo com velocidade 3,0 m/s. Adote g = 10 m/s². A quantidade de energia mecânica dissipada nessa descida foi de: a) 220 J b) 420 J c) 310 J d) 710 J e) 370 J
2) (PUC-SP) Um coqueiro tem 5,0 m de altura em relação ao chão e a cabeça de um macaco está a 0,5 m do solo. Cada coco, que se desprende do coqueiro, tem massa 2,0 ⋅ 10²g e atinge a cabeça do macaco com 7,0 J de energia cinética. A quantidade de energia mecânica dissipada é:
a) 2,0 J b) 2,0 kJ c) 7,0 J d) 9,0 kJ e) 9,0 J
3) (Vunesp)Uma bola de futebol, de massa 0,40 kg, cai de uma altura de 6,0 m partindo do repouso e, depois de se chocar com o solo, eleva-se, verticalmente, a 2,4 m. Quanta energia mecânica a bola perdeu no choque com o solo, supondo desprezível a fração perdida na sua interação com o ar? (Considere g = 10 m/s²).
4) (UEL-PR)Numa pista de teste de freios, um boneco é arremessado pela janela de um veículo com a velocidade de 72 km/h. Assinale, respectivamente, a energia cinética do boneco ao ser arremessado e a altura equivalente de uma queda livre que resulte da energia potencial de mesmo valor. Considere que o boneco tenha 10 kg e que a aceleração da gravidade seja 10 m/s².
a) 1.000 J e 30 m b) 2.000 J e 20 m c) 2.200 J e 30 m d)2.400 J e 15 m e) 4.000 J e 25 m
5) (UFAL)Um carrinho de massa 4,0 kg parte do repouso no ponto A de uma pista sem atrito, contida num plano vertical. Adote g = 10 m/s² e calcule:
a) a variação de energia potencial gravitacional do carrinho ao sair do ponto A e chegar ao ponto B; b) a energia potencial gravitacional do carrinho no ponto B, em relação à base da pista.
6) (Fatec-SP) Um bloco de massa 0,60 kg é abandonado, a partir do repouso, no ponto A de uma pista no plano vertical. O ponto A está a 2,0 m de altura da base da pista, onde está fixa uma mola de constante elástica 150 N/m. São desprezíveis os efeitos do atrito e adota-se g = 10 m/s². A máxima compressão da mola vale, em metros, a) 0,80 b) 0,40 c) 0,20 d) 0,10 e) 0,05
7) (Fuvest-SP) Um corpo de massa m = 2,0 kg e velocidade v = 5,0 m/s se choca com uma mola ideal de constante elástica k = 2,0 · 10^4 N/m, conforme indicado na figura, comprimindo-a até parar. Despreze atritos. No momento em que o bloco para: a) qual a energia potencial armazenada na mola? b) qual a deformação produzida na mola?
8) (PUC-RJ) Um objeto de massa 500 g e velocidade 2,0 m/s encontra-se a 1,0 m do solo. Tomando como aceleração da gravidade g = 10 m/s² e a energia potencial zero no solo, a sua energia mecânica, em joules, vale: a) 10,0 b) 2,0 c) 6,0 d) 1,0 e) 5,0
9) Lança-se verticalmente para cima um corpo com velocidade de 30 m/s, a partir do solo. Se g = 10 m/s², calcule a altura máxima atingida pelo corpo, desprezando-se a resistência do ar.
10) Abandona-se um corpo de uma altura de 20 m acima do solo, num local onde g = 10 m/s2. Calcule a velocidade do corpo ao tocar o solo, sabendo-se que a resistência do ar é praticamente nula.
11) (Cesgranrio-RJ) O Beach Park, localizado em Fortaleza-CE, é o maior parque aquático da América Latina situado na beira do mar. Uma de suas principais atrações é um toboágua chamado “Insano”. Descendo esse toboágua, uma pessoa atinge sua parte mais baixa com velocidade de 28 m/s. Considerando a aceleração da gravidade g = 9,8 m/s2 e desprezando os atritos, conclui-se que a altura do toboágua, em metros, é de: a) 40,0 b) 32,4 c) 38,0 d) 28,0 e) 36,8
12) (FGV-SP) Uma pedra de 2 kg é lançada do solo, verticalmente para cima, com uma energia cinética de 500 J. Considere g = 10 m/s2 e despreze o efeito do ar. Se num determinado instante a sua velocidade for de 10 m/s, ela estará a uma altura do solo, em metros, de:
a) 50 b) 20 c) 40 d) 10 e) 30
13) (Fuvest-SP) Uma pedra com massa m = 0,10 kg é lançada verticalmente para cima com energia cinética Ec = 20 J. Qual a altura máxima atingida pela pedra?
14) (Fuvest-SP) Uma bola de 0,2 kg é chutada para o ar. Sua energia mecânica em relação ao solo vale 50 J. Qual é a sua velocidade quando está a 5 m do solo? Dado: g = 10 m/s².
15) (Aman-RJ) Com que velocidade o bloco da figura, partindo do repouso e do ponto A, atingirá o ponto B, supondo todas as superfícies sem atrito? (g = 10 m/s²)
a) 0 m/s b) 15 m/s c) 5 m/s d) 20 m/s e) 10 m/s
Aprenda nesta aula sobre a energia mecânica e a resolução de exercícios da lista acima.
Aprenda nesta aula sobre a energia mecânica e a resolução de exercícios da lista acima.
Aprenda nesta aula sobre a energia mecânica e a resolução de exercícios da lista acima.