Física1ª sérieBNCC EM13CNT101Difícil⏱ longo

(DISSERTATIVA, Dif.3) (Situação produtiva sustentavel) Um contêiner de massa m = 40 kg desliza descendo por um…

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

(DISSERTATIVA, Dif.3) (Situação produtiva sustentavel) Um contêiner de massa m = 40 kg desliza descendo por um plano inclinado de comprimento L = 3,0 m e ângulo ? = 30° até atingir uma mola de constante k = 1200 N/m fixa na base. O coeficiente de atrito cinético entre contêiner e plano é µ_k = 0,18. Usando g = 10 m/s², determine a máxima compressão x da mola e descreva as transformações de energia envolvidas; proponha duas medidas físicas para reduzir perdas por atrito e aumentar eficiência energética no processo.

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

Resposta esperada

Cálculo: h = L·sin? =3,0·0,5=1,5 m ? ?E_grav = m g h =40·10·1,5=600 J. Força normal N = m g cos? =40·10·0,866=346,4 N; trabalho por atrito W_f = µ_k N L =0,18·346,4·3,0 ˜187,1 J. Energia disponível para mola E_s =600-187,1 ˜412,9 J. Igualando a energia elástica: ½k x² =412,9 ? x = sqrt(2·412,9/1200) ˜0,83 m. Transformações: energia potencial gravitacional ? trabalho por atrito (dissipação térmica) + energia elástica armazenada na mola. Medidas para reduzir perdas/aumentar eficiência: (1) reduzir coeficiente de atrito com revestimento de baixo atrito ou rolamentos que mantenham a mesma orientação do contêiner (reduz W_f = µ_k N L); (2) recuperar parte da energia elástica com um sistema regenerativo (ex.: gerador acoplado à mola/sistema de recuperação) convertendo ½k x² em energia elétrica armazenável. Também sugerir reduzir ângulo ou comprimento útil para diminuir m g sin?·L quando viável, ou uso de superfícies lubrificadas e manutenção para minimizar degradação por contato.

Explicação

A solução apresenta um cálculo detalhado das energias envolvidas, considerando a energia potencial gravitacional, a energia dissipada pelo atrito e a energia armazenada na mola, permitindo determinar a compressão máxima. As transformações de energia são claramente descritas, evidenciando como a energia é convertida e perdida no processo. As medidas propostas para reduzir perdas por atrito e aumentar a eficiência energética são práticas e viáveis, abordando tanto a melhoria do sistema quanto a recuperação de energia.

Raio-X da questão

Dificuldade Difícil

Bloom Criar

Leitura alto

Discriminação alto

Peso pedagógico alto

Autonomia do enunciado completo

Cobertura da habilidade multipla

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

🎯 Conceito central

transformações de energia

📌 Objetivo

avaliacao

🧱 Pré-requisitos

transformações de energia · forças em planos inclinados

📚 Reveja

Revisar as leis da conservação de energia e atrito.

⚠️ Erro mais comum

O aluno pode confundir a energia potencial gravitacional com a energia cinética, não considerando corretamente as perdas por atrito.

🌎 Tema transversal

ciencia_tecnologia

🤝 Socioemocional

pensamento_critico

🏫 Contexto

cientifico

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