Física1ª sérieBNCC EM13CNT101Difícil⏱ longo

Situação produtiva: Em uma pequena instalação de reciclagem, um contêiner de massa m = 30 kg desliza sem…

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

Situação produtiva: Em uma pequena instalação de reciclagem, um contêiner de massa m = 30 kg desliza sem velocidade inicial desde uma altura h = 1,5 m e atinge a base onde comprime uma mola de constante k = 2000 N/m. Na região de compressão a superfície horizontal tem coeficiente de atrito cinético µ_k = 0,20. (a) Determine a compressão máxima x da mola. (b) Calcule a energia armazenada na mola e a energia dissipada por atrito. (c) Proponha duas medidas físicas para aumentar a fração de energia recuperada de forma sustentável.

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

Resposta esperada

Modelo de resposta: (a) Energia inicial potencial m g h = 30·10·1.5 = 450 J. Conservação com trabalho de atrito: m g h = ½ k x² + µ_k m g x ? 1000 x² + 60 x - 450 = 0. Solução positiva: x ˜ 0,642 m. (b) Energia na mola ½ k x² = 1000·(0,642)² ˜ 412 J. Energia dissipada por atrito W_f = µ_k m g x = 60·0,642 ˜ 38,5 J. Verificação: 412 + 38,5 ˜ 450 J. Fração dissipada ˜ 38,5/450 ˜ 8,6%. (c) Medidas para aumentar recuperação energética: reduzir atrito (rolamentos, trilhos lubrificados) para diminuir perdas; integrar um sistema de recuperação (gerador linear acoplado à mola ou amortecedor regenerativo) para converter energia elástica/cinética em eletricidade; otimizar projeto da mola (k adequada e menor histerese) e usar materiais/isolamentos que reduzam dissipação interna. Essas medidas aumentam eficiência e favorecem reaproveitamento em processos sustentáveis.

Explicação

A solução utiliza o princípio da conservação de energia, onde a energia potencial gravitacional é convertida em energia elástica da mola e trabalho contra o atrito. O cálculo da compressão máxima da mola considera a energia dissipada, permitindo encontrar a compressão real. As medidas propostas visam minimizar perdas energéticas e aumentar a eficiência do sistema, promovendo práticas sustentáveis.

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

conservação de energia

📌 Objetivo

avaliacao

🧱 Pré-requisitos

conservação de energia · forças e atrito

📚 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 aplicando corretamente a conservação de energia na situação proposta.

🌎 Tema transversal

educacao_ambiental

🤝 Socioemocional

pensamento_critico

🏫 Contexto

cientifico

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