Física3ª sérieBNCC EM13CNT106Difícil⏱ longo

Um carrinho de 2,0 kg parte do repouso no topo de um plano inclinado cuja altura vertical é 5,0 m e desce sem…

Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva

Habilidade BNCC EM13CNT106

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

Um carrinho de 2,0 kg parte do repouso no topo de um plano inclinado cuja altura vertical é 5,0 m e desce sem atrito até a base. Em seguida, ele percorre uma superfície horizontal com atrito e para após deslocar 8,0 m. Analise a conservação da energia mecânica durante a descida e estime o trabalho dissipado pelo atrito (em joules). Use g = 10 m/s². Explique também como essa análise orienta escolhas tecnológicas para reduzir perdas em sistemas de geração ou aproveitamento de energia (eficiência e custos).

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

Resposta esperada

Energia potencial inicial: Ep = m·g·h = 2,0 kg·10 m/s²·5,0 m = 100 J. Como a descida é sem atrito, a energia mecânica é conservada e, ao atingir a base, toda Ep tornou-se energia cinética Ek = 100 J. Velocidade na base: Ek = 1/2·m·v² ? v = sqrt(2·Ek/m) = sqrt(2·100/2) = 10 m/s. Ao percorrer a superfície horizontal e parar, toda a energia cinética é dissipada pelo atrito; portanto o trabalho dissipado pelo atrito é W_atrito = 100 J. Quanto às implicações tecnológicas: a análise mostra que perdas por atrito transformam energia útil em calor, reduzindo eficiência. Projetos de geração/aproveitamento devem minimizar perdas (rolamentos de baixa fricção, superfícies lisas, transmissão eficiente) e avaliar custo/benefício entre investimentos em redução de perdas e a energia recuperável. Em sistemas reais, quantificar perdas permite comparar alternativas (ex.: melhor isolamento, manutenção preventiva, tecnologias de recuperação de calor) para otimizar eficiência energética e reduzir custos operacionais.

Explicação

A análise da energia potencial e cinética demonstra a conservação da energia mecânica na descida e a conversão total da energia cinética em trabalho dissipado pelo atrito. A discussão sobre eficiência destaca a importância de minimizar perdas energéticas em sistemas tecnológicos, o que pode ser alcançado por meio de melhores materiais e designs. Essa abordagem permite otimizar o uso de energia e reduzir custos operacionais em projetos de geração e aproveitamento de energia.

Raio-X da questão

Dificuldade Difícil

Bloom Avaliar

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 da energia mecânica

📌 Objetivo

avaliacao

🧱 Pré-requisitos

conservação da energia mecânica · trabalho e energia

📚 Reveja

Revisar os conceitos de energia potencial, energia cinética e trabalho de atrito.

⚠️ Erro mais comum

O aluno pode confundir a energia potencial com a energia cinética, não considerando a dissipação de energia pelo atrito.

🌎 Tema transversal

ciencia_tecnologia

🤝 Socioemocional

pensamento_critico

🏫 Contexto

cientifico

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