Um motor elétrico alimentado por uma bateria de 12 V e corrente I = 2,0 A realiza levantamento vertical de uma…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Realizar previsões qualitativas e quantitativas sobre o funcionamento de geradores, motores elétricos e seus componentes, bobinas, transformadores, pilhas, baterias e dispositivos eletrônicos, com base na análise dos processos de transformação e condução de energia envolvidos – com ou sem o uso de dispositivos e aplicativos digitais –, para propor ações que visem a sustentabilidade.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Um motor elétrico alimentado por uma bateria de 12 V e corrente I = 2,0 A realiza levantamento vertical de uma massa m = 50 kg à velocidade constante v = 0,10 m/s. Analise qualitativa e quantitativamente o funcionamento: calcule potência elétrica de entrada, potência mecânica útil, rendimento e energia elétrica consumida em t = 30 s. Considere g = 10 m/s².
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
Pela elétrica de entrada P_in = V·I = 12 V·2,0 A = 24 W. Potência mecânica útil requerida para elevar: P_out = m·g·v = 50 kg·10 m/s²·0,10 m/s = 50 W. Como P_out > P_in, o motor não consegue manter v = 0,10 m/s com I = 2,0 A; para produzir 50 W seria necessário I = P_out/V ˜ 50/12 ˜ 4,17 A. Rendimento (se hipoteticamente) ? = P_out/P_in = 50/24 > 1 (impossível), indicando contradição nas condições dadas; em operação real o motor aumentaria corrente ou reduziria a velocidade. Energia elétrica consumida em 30 s com I = 2,0 A: E_in = P_in·t = 24 W·30 s = 720 J. Conclua qualitativamente que os dados mostram que a bateria e a corrente informadas são insuficientes para o trabalho proposto sem ajuste de corrente ou velocidade.
Explicação
A análise mostra que a potência elétrica de entrada é insuficiente para atender à demanda da potência mecânica necessária para elevar a massa, resultando em um rendimento superior a 1, o que é fisicamente impossível. Isso indica que, nas condições apresentadas, o motor não consegue operar de forma eficiente, necessitando de ajustes na corrente ou na velocidade para realizar o trabalho. A energia elétrica consumida confirma que, apesar do motor estar recebendo energia, ele não consegue realizar o trabalho esperado devido à discrepância nas potências.
Raio-X da questão
potência elétrica e mecânica
avaliacao
potência elétrica · forças e movimento
Revisar os conceitos de potência, rendimento e energia em sistemas elétricos.
O aluno pode confundir potência elétrica com potência mecânica, não aplicando corretamente as fórmulas para cada tipo de potência.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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