Questões de Concurso sobre Energia Mecânica e sua Conservação

Na física, a energia mecânica relaciona-se com a posição ou com o movimento de corpos e partículas, sendo a base conceituai para a produção de trabalho nas máquinas e processos. A fórmula estrutural que compõe a energia mecânica total de um sistema é formada especificamente pela soma de quais outras duas modalidades de energia?

A energia mecânica (Em) é definida como a soma da energia cinética (Ec) e da energia potencial (Ep) em um sistema. Este conceito é fundamental para o estudo de sistemas dinâmicos, sendo que o princípio da conservação da energia mecânica dita as condições sob as quais essa grandeza permanece inalterada. Com base nas definições dos componentes da energia mecânica e das condições necessárias para sua conservação, assinale a alternativa correta.

Em uma usina hidrelétrica, é gerada energia elétrica ao se aproveitar a força da água em movimento. A água armazenada em um reservatório é liberada e passa por turbinas, fazendo-as girar. Esse movimento aciona um gerador que transforma a energia em energia elétrica. Nesse processo, a energia é conservada, pois ela não é criada nem destruída, apenas transformada de uma forma em outra para permitir a geração de eletricidade. Em todo esse processo, quais são os tipos de energia envolvidos?

Um bloco de massa M está ligado a uma mola ideal de constante elástica k = 160 N/m e pode deslizar sem atrito sobre uma superfície horizontal. O movimento do bloco, em torno da posição de equilíbrio, é descrito pela equação x(t) = 0,10.cos(40t), em que x é o deslocamento em metros e t é o tempo em segundos. No primeiro instante em que o bloco passa pela posição de equilíbrio, no regime de oscilação descrito por x(t), uma massa de vidraceiro de 0,30 kg cai verticalmente sobre o bloco, ficando aderida a ele após o impacto. Admitindo que o impacto ocorre em um intervalo de tempo desprezível e que, durante a colisão, não atuam forças externas horizontais apreciáveis, qual é a razão entre a energia mecânica do sistema bloco-mola imediatamente após a colisão (E') e a energia mecânica do sistema antes da colisão (E), ou seja, E'/E?

Uma das principais características da energia é que ela não pode ser criada ou destruída, mas um tipo de energia pode transformar-se em outro. Sempre que isso ocorre, a quantidade total de energia no sistema é mantida, de acordo com o princípio da conservação da energia.

HIRANAKA, R.A.B.; HORTENCIO, T.M.A. A conquista Ciências:8º ano. Ensino Fundamental. Anos finais. 1. ed. São Paulo: FTD, 2022.

O aparelho elétrico que, quando conectado à rede elétrica de tensão adequada e funcionando perfeitamente, é capaz de transformar a energia elétrica em energias sonora, térmica e cinética é a(o)

Para o cenário descrito, as únicas primeiras integrais independentes são a energia total, o módulo do momento angular e o vetor Laplace-Runge-Lenz, inexistindo outras integrais de movimento.

Em um sistema físico no qual um corpo se movimenta sob a ação da força gravitacional, ocorre a transformação entre diferentes formas de energia mecânica ao longo do movimento. A compreensão dessas transformações exige a análise das grandezas envolvidas e das condições do sistema, como a atuação de forças conservativas. Considerando esses aspectos, marque a opção correta.

Os trens da futura Linha 6-Laranja do Metrô de São Paulo contarão com um sistema de frenagem regenerativa capaz de capturar a energia gerada durante a desaceleração e devolvê-la à rede do metrô, podendo por exemplo, sendo utilizada por outros trens. A tecnologia, considerada um marco em eficiência energética no transporte público brasileiro, abre caminho para uma mobilidade urbana mais limpa e econômica.

Fonte: https://canalsolar.com.br/trens-geraraoenergia-rede-eletrica-metro/. Publicado em Jul/2025.

O sistema de frenagem regenerativa citado no texto está baseado na conversão de energia

Dentre as diversas formas de energia, a energia mecânica é o somatório da energia cinética e da energia potencial de um corpo. A energia cinética está relacionada ao movimento, aumentando com a massa e a velocidade, enquanto a energia potencial é a energia armazenada devido à posição ou condição do corpo, como a altura em relação ao solo ou compressão elástica. Considerando-se um exemplo em que não há forças dissipativas, após um dado movimento de um corpo, como por exemplo, soltar uma bola de determinada altura, ou realizar uma compressão em uma mola, a energia mecânica total do sistema é

A figura precedente ilustra um sistema denominado de pêndulo de Newton, que consiste em somente dois pêndulos idênticos, A e B. O pêndulo A é erguido a uma altura de h₀ em relação à sua posição de equilíbrio e abandonado a partir do repouso desse ponto. Ao descer, colide frontalmente com o pêndulo B, que estava em repouso, elevando-o, após a colisão, a uma altura h' (< h₀) em relação à posição de repouso. Após cada colisão, a temperatura de ambos os pêndulos varia $\Delta$T. Toda a dissipação de energia mecânica é convertida integralmente em energia térmica dos pêndulos e, após cada colisão, um deles permanece totalmente em repouso.

Com base nessas informações, assinale a opção que indica a altura atingida pelo pêndulo A quando o pêndulo B retorna e colide contra ele, considerando g como o módulo da aceleração gravitacional e c como o calor específico do material que constitui os pêndulos.

A análise de sistemas físicos permite compreender diferentes formas de transformação de energia e suas implicações. Considerando sistemas ideais e reais, a interpretação adequada é que:

Um professor de Física apresenta aos alunos o seguinte texto adaptado de um artigo científico sobre colisões mecânicas:

“Em experimentos com colisões frontais entre esferas metálicas em trilhos de ar horizontal, observou-se que, após a colisão entre uma esfera A (massa 2m), inicialmente em movimento, e uma esfera B (massa m), inicialmente em repouso, a esfera A manteve seu sentido de movimento com velocidade reduzida, enquanto a esfera B passou a se mover para frente. As medições indicaram uma diminuição de aproximadamente 15% da energia cinética total do sistema. A interpretação proposta no texto é que esse resultado sugere uma não conservação da energia, possivelmente associada a efeitos quânticos macroscópicos ou a campos não considerados.”

Considerando os princípios físicos envolvidos e os objetivos de uma leitura crítica de textos científicos, o professor deve orientar os alunos a:

Uma partícula de massa m move-se no plano xy sob a ação exclusiva de uma força estacionária dada por F(x, y) = (ax²y - by)i + (cx³ - bx)j, onde a, b e c são constantes reais. A partícula parte do ponto A = (0, 0) com velocidade inicial v0 e atinge o ponto B = (L, L) ao longo de uma trajetória arbitrária contida no plano. Desprezam-se quaisquer outras interações. Com base nas propriedades da força e nas leis da mecânica clássica, assinale a alternativa CORRETA.

Uma construtora finalizou a construção do primeiro pavimento de um prédio, e um operário precisou acessar esse pavimento a partir do solo. Primeiramente, ele utilizou uma escada reta a 45°, mas necessitou subir novamente e utilizou, para isso, uma escada reta a 60°. Por fim, ele esqueceu uma ferramenta no primeiro pavimento e utilizou a escada de dois lances para acessá-lo, conforme a figura abaixo.

A opção que representa a variação de energia potencial gravitacional desenvolvida pelo corpo do operário em cada subida de escada para acessar do solo ao primeiro pavimento é:

Um bloco de massa 2kg preso em sua extremidade esquerda a uma mola de constante elástica ké apoiado em um plano rugoso, conforme mostrado na figura.

O coeficiente de atrito cinético entre o plano e o bloco é ${\mu }_c=0,4$. Considere um sistema de coordenadas com origem O situada no centro de massa do bloco quando a mola está em sua configuração relaxada (em seu comprimento natural) com o sentido positivo do eixo x apontando para a direita. O bloco é levado para posição x_o = 0,32m е, em seguida, liberado a partir do repouso. Durante seu movimento de volta (para a esquerda), a energia mecânica é reduzida em virtude do atrito.

Sabe-se que a energia mecânica do sistema é reduzida de 0,64J desde o instante em que o bloco é solto até quando este atinge a velocidade máxima. Marque a opção que corresponde à constante k da mola, em N/m.

Observe o esquema a seguir, o qual ilustra um bloco de 0,25 kg que, preso por um dispositivo de travamento, comprime em 0,10 metros uma mola com constante elástica de 2.000 N/m.

(Arquivo pessoal; imagem usada com autorização)

Ao se liberar o dispositivo de travamento, a mola impulsiona o bloco, que se desloca ao longo da trajetória OP, até atingir a altura máxima de 0,80 m em relação ao nível de partida.

Considerando a aceleração gravitacional igual a 10 m/s², a diferença, em joules, entre a energia mecânica final e a energia mecânica inicial do sistema formado pelo bloco, pela mola e pela Terra é igual a

Em uma usina termelétrica convencional, a geração de eletricidade ocorre através de uma sequência de transformações energéticas. O componente específico da usina responsável por converter a energia térmica (contida no vapor d’água sob alta pressão) em energia mecânica de rotação, antes que esta seja convertida em energia elétrica pelo gerador, é a:

Equivalente à soma das energias cinética e potencial de um sistema físico, trata-se de uma forma de energia que diz respeito ao movimento dos corpos e à posição que ocupam em tal sistema. Está relacionada tanto à velocidade com que um objeto se desloca quanto à altura ou configuração em que se encontra, podendo ser convertida no funcionamento de máquinas simples ou em sistemas de transporte. Assinale a alternativa que apresenta corretamente o tipo de energia referido:

Durante o funcionamento de uma usina hidrelétrica, a água armazenada em uma represa é liberada e movimenta turbinas que geram energia elétrica. Considerando as transformações envolvidas, marque a alternativa INCORRETA quanto às modalidades de energia presentes nesse processo:

Qual alternativa apresenta a atividade que deve ser utilizada no Terceiro Momento Pedagógico?