Compare duas soluções de armazenamento mecânico: uma mola (k = 800 N/m) comprimida x = 0,10 m e um massa m =…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Avaliar, com ou sem o uso de dispositivos e aplicativos digitais, tecnologias e possíveis soluções para as demandas que envolvem a geração, o transporte, a distribuição e o consumo de energia elétrica, considerando a disponibilidade de recursos, a eficiência energética, a relação custo/benefício, as características geográficas e ambientais, a produção de resíduos e os impactos socioambientais e culturais.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Compare duas soluções de armazenamento mecânico: uma mola (k = 800 N/m) comprimida x = 0,10 m e um massa m = 1,0 kg elevada h = 0,30 m. Calcule as energias armazenadas e discuta, considerando perdas e características geográficas, qual solução é mais adequada para armazenar energia em pequena escala.
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
Cálculo das energias: energia elástica da mola: U = 1/2·k·x² = 0,5·800 N/m·(0,10 m)² = 0,5·800·0,01 = 4,0 J. Energia potencial gravitacional da massa: Ep = m·g·h = 1,0 kg·10 m/s²·0,30 m = 3,0 J. Conclusão técnica: a mola armazena 4,0 J e a massa 3,0 J; portanto a mola tem maior capacidade nominal neste exemplo. Discussão qualitativa: considerar perdas (atrito, dissipação interna da mola, histerese) e eficiência de conversão (motores, geradores), custo e durabilidade. Em termos geográficos e ambientais, armazenamento por massa exige espaço vertical e topografia favorável para instalações de elevação ou reservatórios; é vantajoso onde há desníveis naturais e menor manutenção. Mola é compacta e útil em aplicações de baixa escala e resposta rápida, mas materiais e fadiga podem reduzir vida útil e eficiência. Para escolha, avaliar: energia necessária, frequência de ciclos, manutenção, custo/benefício e impacto ambiental; para grande armazenamento em regiões com relevo, sistema gravitacional costuma ser preferível; para dispositivos portáteis ou de resposta rápida, mola ou sistemas elásticos podem ser mais adequados.
Explicação
A resposta apresenta cálculos precisos das energias armazenadas em cada sistema, permitindo uma comparação clara entre eles. Além disso, discute fatores práticos como perdas, eficiência, custo e características geográficas, que são essenciais para a escolha da solução mais adequada em diferentes contextos. Essa abordagem abrangente garante uma análise completa e fundamentada das opções de armazenamento de energia.
Raio-X da questão
armazenamento de energia
avaliacao
energia potencial gravitacional · energia potencial elástica
Revisar os conceitos de energia potencial elástica e gravitacional.
O aluno pode confundir as fórmulas de energia potencial gravitacional e energia potencial elástica, aplicando incorretamente os valores.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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