Física – Primeiro ano 2015 – COLTEC – UFMG
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Exercícios sobre manifestações de Energia Mecânica
1) O salto com vara é, sem dúvida uma das
modalidades mais exigentes do atletismo. Em
um único salto, o atleta executa cerca de 23
movimentos em menos de 2,0 segundos. A figura
a seguir representa um atleta durante um salto
com vara em 3 instantes distintos. Identifique as
manifestações da energia que podem ser
associadas às situações I, II e III mostradas na
figura.
2) Considere uma criança sentada em uma roda gigante que gira com velocidade constante. Um estudante afirma
que para essa criança a energia:
I.
cinética é constante.
II. potencial é constante.
III. mecânica é constante.
Assinale a alternativa CORRETA:
a) Apenas a afirmativa I é verdadeira
b) Apenas a afirmativa II é verdadeira
c) Apenas a afirmativa III é verdadeira
d) Todas as afirmativas são verdadeiras
3) A figura desta questão mostra um
skatista descendo uma rampa. O gráfico
de barras representa, para a posição A,
os valores relativos das energias:
cinética, potencial gravitacional, térmica
e total. A linha tracejada mostra o nível a
partir do qual se mede a energia
potencial. Após sair do ponto A, o
skatista alcança o ponto E do outro lado
da pista.
a) Supondo desprezíveis as perdas de
energia por atrito, construa gráficos
similares, ao exibido na figura, para
comparar as quantidades de energia
associadas às posições B, C e D.
b) Se houver atrito e o skatista só conseguir atingir o ponto D, após passar pelo loop, o que muda nos gráficos
de barras produzidos para as posições B e C e D? Construa novos gráficos para representar as energias
nessas posições.
4) Um corpo de massa 0,5 kg é lançado, do solo, verticalmente para cima com velocidade inicial de 12 m/s.
Desprezando a resistência do ar, isto é, supondo que a energia mecânica se conserve durante a subida, e
adotando g = 10 m/s2, calcule a altura máxima que o corpo alcança.
5) Durante o movimento de um pêndulo, em uma única oscilação, podemos considerar como constante a energia
mecânica total do sistema. Com efeito, é necessário esperar por um número muito grande de oscilações para
observar a diminuição da energia mecânica de um pêndulo posto a oscilar.
a) Que transformações de energia ocorrem durante uma única oscilação de um pêndulo, quando se despreza
o efeito das forças de atrito?
b) A conservação da energia mecânica é um caso comum e corriqueiro? Explique.
6) Existe um tipo de escorregador conhecido como toboágua (veja a figura ao lado). Nesse
tipo de brinquedo, água corrente desce continuamente pela superfície do escorregador
até cair em uma piscina. Uma bomba retira água da piscina e a devolve para o alto do
escorregador, de modo a manter o fluxo de água constante. Esse artifício é usado para
minimizar o atrito exercido sobre o corpo de uma pessoa que utiliza o brinquedo para
“pular” na piscina. Suponha que uma criança com 30 kg de massa, partindo do repouso,
no alto do brinquedo, desliza até sua base, que está a 3,2 m abaixo do topo. Desprezando
as perdas de energia e admitindo g = 10 m/s2, calcule a velocidade da criança ao chegar
à superfície da água na piscina.
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7) A figura mostra o perfil de um escorregador conhecido como
tobogã, que é encontrado em grandes parques de diversão.
Uma pessoa de 60 kg parte do repouso no ponto A e
escorrega na superfície do tobogã até atingir o ponto C com
velocidade de 10 m/s. Considere g = 10 m/s2 e demonstre
que, de acordo com os dados do problema, o atrito não pode
ser desprezado.
8) Uma bola de borracha com massa igual a 0,100 Kg é
abandonada de uma altura igual a 1,00 metros em relação ao chão. A bola, então, repica no chão e sobe até
uma altura igual a 0,70 metros, após o primeiro repique. Despreze a dissipação de energia devido ao atrito com
o ar, considere a aceleração da gravidade igual a 10 m/s2 e determine:
a) a diferença entre a energia mecânica com a qual a bola atinge o chão, antes da primeira colisão, e a energia
mecânica com a qual ela abandona o chão.
b) o valor provável da energia potencial elástica máxima da bola durante a colisão.
c) a velocidade com a qual a bola atinge o chão, antes da primeira colisão, e a velocidade com a qual ela
abandona o chão, ao subir, após a primeira colisão.
9) Uma bala de 20,0 Kg é disparada de um canhão e passa pelo
ponto A mostrado na figura (fora de escala) com uma
velocidade instantânea de 40,0 m/s. A altura máxima atingida
pela bala de canhão é sessenta (60,0) metros superior à altura
exibida no ponto A. Desprezando o atrito entre e o ar:
a) Calcule a energia potencial gravitacional no ponto B
b) Calcule a energia cinética da bala de canhão nesse
mesmo ponto.
c) Se houvesse atrito, o que poderíamos dizer da energia
cinética no ponto B, em relação ao valor calculado no item
anterior?
10) Um carrinho cujo centro geométrico e
gravitacional está situado no ponto A (veja a
figura), parte do repouso e alcança o ponto B.
Calcule a velocidade do carrinho em B, sabendo
que 50% de sua energia mecânica inicial é
dissipada pelo atrito no trajeto.
11) Um corpo de massa m é empurrado por uma pessoa
contra uma mola cuja constante elástica é
K = 600 N/m, até que a mola atinja uma deformação
X = 30 cm. A figura ao lado mostra o corpo no lado
esquerdo da figura, depois de ter sido abandonado
pela pessoa e da mola ter se descomprimido
totalmente. No lado direito da figura, vemos que a
pista se torna curva. Depois de ter percorrido a pista,
cujo atrito sobre o corpo é desprezível, o corpo alcança a altura máxima h = 0,9 m.
Considere g = 10 m/s2 e responda:
a) Qual é a energia potencial elástica máxima atingida pela mola?
b) Qual é a energia cinética máxima adquirida pelo corpo e em que trecho da pista ele exibe essa energia?
c) Qual é a massa do corpo em questão?
12) Um canhão de mola dispara, verticalmente, uma bola com massa igual a 0,010 Kg que, posteriormente, atinge
uma altura máxima igual a 90 cm.
a) Quais são as transformações de energia que ocorrem desde o momento em que a mola do canhão começa
a ser comprimida até o momento em que a bola lançada pelo canhão atinge sua altura máxima.
b) Considerando que a mola é comprimida em X = 0,020 m, qual é a constante elástica da mola utilizada na
construção desse canhão.