FísicaENEMBNCC EM13CNT101Difícil⏱ longo

Um sistema usa uma mola (k = 400 N/m) comprimida x = 0,10 m para lançar um bloco de massa m = 0,80 kg ao longo…

Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva

Habilidade BNCC EM13CNT101

Analisar e representar, com ou sem o uso de dispositivos e de aplicativos digitais específicos, as transformações e conservações em sistemas que envolvam quantidade de matéria, de energia e de movimento para realizar previsões sobre seus comportamentos em situações cotidianas e em processos produtivos que priorizem o desenvolvimento sustentável, o uso consciente dos recursos naturais e a preservação da vida em todas as suas formas.

Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).

Questão

Um sistema usa uma mola (k = 400 N/m) comprimida x = 0,10 m para lançar um bloco de massa m = 0,80 kg ao longo de um plano inclinado de comprimento L = 1,0 m e ? = 20°. Coeficiente de atrito cinético µ_k = 0,15. Considere g = 10 m/s². Explique se o bloco alcança o topo do plano e discuta como modificar parâmetros para aumentar a eficiência do lançamento. Inclua cálculos.

✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.

Resposta esperada

Energia armazenada na mola: E_el = ½ k x² = 0,5·400·0,10² = 2,0 J. Trabalho contra gravidade: W_g = m·g·h, h = L·sin20° ˜1,0·0,3420 = 0,342 m ? W_g = 0,80·10·0,342 = 2,736 J. Trabalho contra atrito: N = m·g·cos20° ˜0,80·10·0,9397 = 7,518 N; f = µ_k·N ˜0,15·7,518 = 1,128 N; W_f = f·L ˜1,128·1,0 = 1,128 J. Energia necessária = W_g + W_f ˜ 2,736 + 1,128 = 3,864 J > E_el (2,0 J), portanto o bloco não atinge o topo. Para aumentar eficiência: aumentar k ou x (E_el ? k·x²), reduzir µ_k (lubrificação ou superfícies), diminuir m ou L, ou reduzir ?. Em termos sustentáveis, reduzir perdas por atrito (manutenção e materiais) ou otimizar energia elástica diminui consumo e desperdício energético.

Explicação

A análise envolve o cálculo da energia potencial armazenada na mola e a comparação com a energia necessária para vencer a gravidade e o atrito ao longo do plano inclinado. Os cálculos demonstram que a energia da mola é insuficiente para superar as forças que atuam contra o movimento do bloco. A sugestão de modificar parâmetros como a constante da mola, o coeficiente de atrito, a massa ou o comprimento do plano é fundamentada na busca por uma maior eficiência no lançamento do bloco.

Raio-X da questão

Dificuldade Difícil

Bloom Avaliar

Leitura alto

Discriminação alto

Peso pedagógico alto

Autonomia do enunciado completo

Cobertura da habilidade multipla

🧪 Simulado🩺 Diagnóstico🧮 Exige cálculo🏠 Cotidiano🔗 Interdisciplinar⭐ Representativa✍️ calculativa🧩 desafio

🎯 Conceito central

energia potencial e atrito

📌 Objetivo

avaliacao

🧱 Pré-requisitos

energia potencial e cinética · forças de atrito

📚 Reveja

Revisar as leis da conservação de energia e o cálculo de forças de atrito.

⚠️ Erro mais comum

O aluno pode confundir a energia potencial armazenada na mola com a energia cinética do bloco, não considerando a perda de energia devido ao atrito.

🌎 Tema transversal

ciencia_tecnologia

🤝 Socioemocional

pensamento_critico

🏫 Contexto

cientifico

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