Um trem leve de massa m = 4,0×10^4 kg desacelera de v_i = 15 m/s a v_f = 0 por frenagem regenerativa que…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Realizar previsões, avaliar intervenções e/ou construir protótipos de sistemas térmicos que visem à sustentabilidade, considerando sua composição e os efeitos das variáveis termodinâmicas sobre seu funcionamento, considerando também o uso de tecnologias digitais que auxiliem no cálculo de estimativas e no apoio à construção dos protótipos.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Um trem leve de massa m = 4,0×10^4 kg desacelera de v_i = 15 m/s a v_f = 0 por frenagem regenerativa que recupera 40% da energia cinética. (a) Calcule ?p (kg·m/s) e (b) a energia recuperada (J). Comente efeitos na sustentabilidade do sistema.
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
?p = m(v_f-v_i) = 4,0×10^4·(0-15) = -6,0×10^5 kg·m/s (redução de momento, direção oposta ao movimento). Energia cinética inicial KE = ½ m v_i^2 = 0,5·4,0×10^4·(15)^2 = 4,5×10^6 J. Energia recuperada E_rec = 0,4·KE = 1,8×10^6 J. Avaliação: recuperar 1,8 MJ por parada reduz demanda de energia da rede e emissões associadas; contudo, a variação de momento exige forças (nos trilhos/sistema de frenagem) que devem ser geridas estruturalmente. A frenagem regenerativa melhora a eficiência energética do sistema de transporte, mas sua eficácia depende da capacidade de armazenar/ reutilizar a energia e da frequência de paradas.
Explicação
O cálculo da variação de momento leva em conta a mudança na velocidade do trem, resultando em um valor negativo que indica a desaceleração. A energia cinética inicial é calculada usando a fórmula apropriada, e a energia recuperada é obtida ao multiplicar a energia cinética por 40%. A análise dos efeitos na sustentabilidade destaca a importância da recuperação de energia para reduzir a demanda elétrica e as emissões, além de considerar os desafios estruturais associados à frenagem regenerativa.
Raio-X da questão
frenagem regenerativa
avaliacao
energia cinética · momentum
Revisar conceitos de energia cinética e conservação de momento.
O aluno pode confundir a energia recuperada com a energia total do sistema, não considerando a porcentagem de recuperação.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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