Imagem: um motor CC alimentado por 6,0 V fornece torque t = 0,150 N·m (corrente 1,0 A). O eixo (raio r = 2,0…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Realizar previsões qualitativas e quantitativas sobre o funcionamento de geradores, motores elétricos e seus componentes, bobinas, transformadores, pilhas, baterias e dispositivos eletrônicos, com base na análise dos processos de transformação e condução de energia envolvidos – com ou sem o uso de dispositivos e aplicativos digitais –, para propor ações que visem a sustentabilidade.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Imagem: um motor CC alimentado por 6,0 V fornece torque t = 0,150 N·m (corrente 1,0 A). O eixo (raio r = 2,0 cm) enrola uma corda que eleva uma massa m = 0,80 kg com velocidade constante v = 0,050 m/s. Avalie se o motor sustenta a subida constante e justifique com cálculos (use g = 10 m/s²).
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
Calcule torque necessário: T_req = F·r, com F = m·g ? F = 0,80·10 = 8,0 N. Com r = 0,02 m ? T_req = 8,0·0,02 = 0,16 N·m. Como t_motor = 0,150 N·m < 0,16 N·m, o motor não fornece torque suficiente para equilibrar o peso; portanto não manterá subida constante (irá decelerar ou não iniciar a subida). Verificação de potência: potência mecânica requerida para elevar a massa a v é P_req = m·g·v = 0,80·10·0,05 = 0,40 W. Potência elétrica fornecida ao motor P_in = V·I = 6,0·1,0 = 6,0 W; porém potência disponível ao eixo depende do torque e da velocidade angular ?, desconhecida aqui; apesar de P_in > P_req, a falta de torque (t < T_req) impede vencer o momento de força necessário. Conclusão: o motor, nas condições dadas, não sustenta a subida; soluções: reduzir massa, aumentar tensão/torque do motor ou aumentar o raio do tambor para diminuir o torque exigido (T_req = m g r).
Explicação
O cálculo do torque necessário para elevar a massa revela que o motor não consegue fornecer força suficiente para equilibrar o peso, resultando em uma incapacidade de manter a subida constante. Embora a potência elétrica fornecida ao motor seja maior que a potência mecânica requerida, a limitação no torque impede que a força necessária seja alcançada. Portanto, a análise demonstra que, nas condições apresentadas, o motor não é capaz de sustentar a subida da massa.
Raio-X da questão
torque e força
avaliacao
força e peso · torque e momento
Revisar a relação entre torque, força e movimento em motores.
O aluno pode confundir a relação entre torque e força, não considerando a altura do eixo na aplicação do torque.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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