Um carrinho de massa m = 5,0 kg está preso a uma mola horizontal de constante k = 400 N/m comprimida x0 = 0,20…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
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 carrinho de massa m = 5,0 kg está preso a uma mola horizontal de constante k = 400 N/m comprimida x0 = 0,20 m sobre um piso com coeficiente de atrito cinético µ_k = 0,15. Ao ser liberado, a mola empurra o carrinho até que ele pare definitivamente. Considerando g = 10 m/s², analise as transformações de energia e calcule a distância d percorrida pelo carrinho desde a posição de repouso da mola até parar.
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
Energia elástica inicial: E_s = 1/2·k·x0^2 = 0,5·400·(0,20)^2 = 8,0 J. Força de atrito: F_f = µ_k·m·g = 0,15·5,0·10 = 7,5 N. Trabalho da força de atrito W_f = -F_f·d. Conservação da energia (energia final cinética = 0): E_s + W_f = 0 ? d = E_s/(µ_k·m·g) = 8,0/7,5 = 1,07 m. Energia elástica é dissipada por atrito em calor.
Explicação
A energia elástica armazenada na mola é convertida em trabalho contra a força de atrito, que atua na direção oposta ao movimento do carrinho. O cálculo da força de atrito e do trabalho realizado por ela permite determinar a distância que o carrinho percorre até parar, utilizando a relação entre energia e trabalho. Assim, a distância encontrada reflete a quantidade de energia dissipada pelo atrito até que o carrinho cesse seu movimento.
Raio-X da questão
transformações de energia
avaliacao
transformações de energia · forças e atrito
Revisar as leis da conservação de energia e atrito.
O aluno pode confundir a energia potencial elástica da mola com a energia cinética do carrinho, não considerando a energia dissipada pelo atrito.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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