Física3ª sérieBNCC EM13CNT101Difícil⏱ longo

(Dissertativa) Um caixote de massa m = 50 kg é puxado com velocidade constante v = 0,50 m/s ao longo de 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) Um caixote de massa m = 50 kg é puxado com velocidade constante v = 0,50 m/s ao longo de um plano inclinado que faz ângulo ? = 15° com a horizontal. O coeficiente de atrito cinético entre caixote e rampa é µ_k = 0,15. Considere g = 10 m/s². a) Determine o módulo da força paralela ao plano necessário para manter o movimento constante. b) Calcule a potência mecânica entregue pela força (em W). c) Calcule a potência gasta elevando o caixote (potência associada à variação de energia potencial por segundo) e interprete a diferença entre as potências encontrada em b) e c) em termos de dissipação por atrito. Apresente equações e cálculos.

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

Resposta esperada

Forças: componente do peso paralela ao plano P_par = m·g·sin?; normal N = m·g·cos?; força de atrito F_at = µ_k·N = µ_k·m·g·cos?. Para movimento constante a força de tração F = P_par + F_at. Cálculo numérico: m·g = 50·10 = 500 N; sin15° ˜ 0,25882, cos15° ˜ 0,96593. P_par = 500·0,25882 ˜ 129,41 N. F_at = 0,15·500·0,96593 ˜ 72,44 N. F = 129,41 + 72,44 = 201,85 N ˜ 202 N. 2) Potência fornecida pela força: P_força = F·v = 201,85·0,50 ˜ 100,93 W ˜ 101 W. 3) Potência associada à elevação (variação de energia potencial por segundo): P_grav = m·g·v·sin? = 500·0,50·0,25882 ˜ 64,71 W ˜ 65 W. Interpretação: A diferença P_força - P_grav ˜ 100,93 - 64,71 = 36,22 W é a potência dissipada pelo atrito (transformada em calor). Conclusão: parte da potência fornecida é utilizada para aumentar a energia potencial do caixote; o restante é perdida por atrito. Para reduzir consumo e emissões térmicas numa operação sustentável, recomenda-se diminuir µ_k (lubrificação/revestimento), reduzir o ângulo ou usar roletes/rolamentos para reduzir perdas por atrito, assim diminuindo a potência necessária.

Explicação

A análise das forças envolvidas permite calcular a força de tração necessária para manter o movimento constante, levando em consideração tanto a componente do peso que atua paralela ao plano quanto a força de atrito. A potência fornecida pela força de tração é comparada com a potência associada à elevação do caixote, revelando a dissipação de energia devido ao atrito. Essa diferença destaca a importância de estratégias para minimizar perdas energéticas, promovendo eficiência no sistema.

Raio-X da questão

Dificuldade Difícil

Bloom Analisar

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

forças em planos inclinados

📌 Objetivo

avaliacao

🧱 Pré-requisitos

forças em planos inclinados · atrito cinético

📚 Reveja

Revisar as fórmulas de potência e atrito em planos inclinados.

⚠️ Erro mais comum

O aluno pode confundir a força de atrito com a força gravitacional, não considerando corretamente a decomposição das forças no plano inclinado.

🌎 Tema transversal

ciencia_tecnologia

🤝 Socioemocional

pensamento_critico

🏫 Contexto

cientifico

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