Durante uma atividade de Física, estudantes analisam a queda vertical de uma caixa de 20 kg, abandonada do…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Elaborar explicações, previsões e cálculos a respeito dos movimentos de objetos na Terra, no Sistema Solar e no Universo com base na análise das interações gravitacionais, com ou sem o uso de dispositivos e aplicativos digitais (como softwares de simulação e de realidade virtual, entre outros).
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Durante uma atividade de Física, estudantes analisam a queda vertical de uma caixa de 20 kg, abandonada do repouso a 1,5 m do piso. O sistema é considerado ideal: a resistência do ar é desprezível, a caixa não recebe empurrão inicial e toda a energia potencial gravitacional perdida se transforma em energia cinética imediatamente antes do contato com o piso. Adote g = 10 m/s². Com base no texto, qual é aproximadamente a velocidade da caixa imediatamente antes de tocar o piso e qual é sua energia cinética nesse instante?
- A) A velocidade é aproximadamente 3,9 m/s, e a energia cinética é 150 J.
- B) A velocidade é 10 m/s, e a energia cinética é 300 J.
- C) A velocidade é aproximadamente 5,5 m/s, e a energia cinética é 300 J.
- D) A velocidade é aproximadamente 5,5 m/s, e a energia cinética é 150 J.
- E) A velocidade é 15 m/s, e a energia cinética é 2.250 J.
✅ Resposta correta: alternativa C
Resolução passo a passo
- Identifique os dados. Massa m = 20 kg, altura h = 1,5 m, g = 10 m/s^2, queda livre sem resistência do ar a partir do repouso. Passo 2: Calcule a energia cinética pela conservação de energia. A energia potencial perdida é Ep = m g h = 20 x 10 x 1,5 = 300 J. Como toda essa energia vira energia cinética imediatamente antes do contato com o piso, Ec = 300 J. Passo 3: Calcule a velocidade. Como Ec = (1/2) m v^2, temos v^2 = 2 g h = 2 x 10 x 1,5 = 30, logo v = raiz de 30, aproximadamente 5,5 m/s. Passo 4: Compare com as alternativas. A alternativa C traz exatamente v aproximadamente 5,5 m/s e Ec = 300 J, o que confirma a resolução. Passo 5: Por que as outras estão erradas. A) Usa v^2 = g h (sem o fator 2) e divide a energia pela metade, obtendo 3,9 m/s e 150 J. B) Confunde a velocidade com o valor numérico de g e afirma 10 m/s. D) Acerta a velocidade, mas reduz a energia cinética pela metade, obtendo 150 J. E) Usa v = g h = 15 m/s, uma expressão sem sentido físico, e calcula a energia com essa velocidade, obtendo 2.250 J. O gabarito oficial C está correto.
💡 Dica: Calcule a velocidade usando a fórmula da energia potencial e cinética.
Alternativa por alternativa
O aluno usa v^2 = g h, esquecendo o fator 2 da equação de Torricelli, e ainda toma a energia cinética como metade da energia potencial. Assim chega a 3,9 m/s e 150 J.
Por que engana: Confundir a relação entre altura e velocidade, subestimando a velocidade ao impactar o solo.
O aluno confunde a velocidade com o valor numérico da aceleração da gravidade, afirmando que a velocidade final é 10 m/s. Acerta a energia de 300 J, mas não relaciona a velocidade à altura.
Como a caixa parte do repouso e a resistência do ar é desprezível, aplica-se a conservação da energia mecânica: mgh = mv²/2. Assim, v = √(2gh) = √(2 · 10 · 1,5) = √30 ≈ 5,5 m/s. A energia cinética imediatamente antes do contato é igual à energia potencial gravitacional inicial: Ec = mgh = 20 · 10 · 1,5 = 300 J.
O aluno calcula corretamente a velocidade de 5,5 m/s, mas aplica um fator 1/2 extra à energia potencial, obtendo 150 J. Confunde a energia cinética com metade da energia potencial.
O aluno calcula v = g h = 15 m/s, uma relação sem sentido dimensional, e depois usa esse valor na energia cinética, obtendo 2.250 J. Não percebe que a energia deve ser igual à energia potencial perdida.
Raio-X da questão
energia cinética e velocidade
avaliacao
energia cinética · velocidade e gravidade
Revisar as fórmulas de energia cinética e movimento uniformemente acelerado.
Confundir a relação entre altura e velocidade, subestimando a velocidade ao impactar o solo.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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