Exercícios de com Sistemas Dissipativos - Física com o BFFísica com o BF

Tente resolver cada exercício antes de abrir a resposta. As resoluções ficam disponíveis logo abaixo de cada questão.

Questões desta lista

Questão 1

Ueg 2025

Uma criança de 30 kg desceu por um brinquedo de escorregar, a partir do repouso, e chegou ao final da descida com velocidade de 5,0 m/s. Considerando que 50% da energia mecânica envolvida no movimento foi convertida em energia térmica, e considerando a aceleração gravitacional igual a 10 m/s², o desnível entre o início e o fim do movimento é de

Ver resposta e resolução da questão 1

Resposta: C

Teorema da energia mecânica para sistemas não-conservativos.

$E_{mec}^{f} = 50 % E_{mec}^{i} \Rightarrow \frac{m v^{2}}{2} = 0, 5 m gh \Rightarrow h = \frac{v^{2}}{0, 5 \cdot 2 g} = \frac{5^{2}}{10} ∴ h = 2, 5 m .$

Questão 2

Uece 2025

Forças resistivas são comumente encontradas na natureza. Quando objetos sujeitos a tais forças são arremessados ao ar, por exemplo, essas forças acabam por dissipar parte da enérgica mecânica do objeto. Considere o caso em que uma partícula sujeita a uma força resistiva é arremessada verticalmente para cima a partir do solo com velocidade inicial U e retorna ao solo com velocidade V. Além disso, suponha que o módulo da aceleração da gravidade local seja g. Para este caso, em particular, considere que a energia mecânica dissipada pela força resistiva que atua na partícula de massa m seja proporcional à distância percorrida pela partícula.

Adotando como K a constante de proporcionalidade, a razão entre U² /V² é

A.(mg + K)/(2mg).
B.(mg + K)/(mg – K).
C.2mg/K.
D.(mg/k) + (k/mg).

Ver resposta e resolução da questão 2

Resposta: B

Considerando o sentido para cima como positivo, tem-se na subida do objeto que a energia cinética inicial descontada a energia dissipada na subida é igual a energia potencial gravitacional.

Assim, na subida obtém-se a equação (1):

$\begin{array}{l} E_{ci} - E_{d} = E_{pg} \\ \frac{{mU}^{2}}{2} - kh = mgh \\ U^{2} = \frac{2 h}{m} (mg + k) (1) \end{array}$

Na descida há mudança de sentido, portanto os sinais de V e k mudam e tem-se a equação (2).

$E_{cf} + E_{d} = E_{pg}$
$\frac{m (- v)^{2}}{2} + kh = mgh$
$v^{2} = \frac{2 h}{m} (mg - k) (2)$

Dividindo-se as duas equações, chega-se a razão solicitada:

$\frac{u^{2}}{v^{2}} = \frac{\frac{2 h}{m} (mg + k)}{\frac{2 h}{m} (mg - k)} ∴ \frac{u^{2}}{v^{2}} = \frac{(mg + k)}{(mg - k)}$

Questão 3

Udesc 2025

Um bloco de massa m = 2kg é comprimido contra uma mola ideal de constante elástica k = 200N/m, comprimindo-a em 0,4m. O bloco é liberado a partir do repouso e desliza sobre uma superfície horizontal. Ao longo do caminho, o bloco passa por uma região de 1,5 metros, onde há atrito, com coeficiente de atrito cinético μ = 0,1. Após passar por essa região, o bloco move-se livremente sem atrito.

Assinale a alternativa que contém a velocidade do bloco após ele ter passado pela região com atrito.

Ver resposta e resolução da questão 3

Resposta: C

A Energia potencial elástica inicial é transformada em energia cinética e calor pelo atrito com a região áspera.

Cálculo da energia potencial elástica inicial:

$E_{el} = \frac{k \cdot x^{2}}{2} = \frac{200 N / m \cdot {(0, 4 m)}^{2}}{2} ∴ E_{el} = 16 J$

Cálculo da energia dissipada pelo atrito:

$E_{d} = F_{at} \cdot Δs = μ \cdot m \cdot g \cdot Δs = 0, 1 \cdot 2 kg \cdot 10 m / s^{2} \cdot 1, 5 m ∴ E_{d} = 3 J$

A sobra de energia é a energia cinética ao final do percurso com atrito:

$E_{c} = E_{el} - E_{d} \Rightarrow \frac{m \cdot v^{2}}{2} = E_{el} - E_{d} \Rightarrow v = \sqrt{\frac{2 (E_{el} - E_{d})}{m}} = \sqrt{\frac{2 (16 - 3)}{2}} = \sqrt{13} ∴ v \approx 3, 6 m / s$

Questão 4

Fcmscsp 2024

Considere uma colisão de dois automóveis na qual ocorrem deformações definitivas nas estruturas dos veículos. Em relação ao sistema físico formado por esses dois automóveis, essas deformações são indícios de que durante a colisão houve

A.aumento da energia mecânica.
B.diminuição da energia mecânica.
C.aumento da energia potencial elástica.
D.diminuição da quantidade de movimento.
E.aumento da quantidade de movimento.

Ver resposta e resolução da questão 4

Resposta: B

Se as deformações foram definitivas, significa que houve diminuição da energia mecânica durante a colisão. A energia mecânica somente se conserva quando a colisão é perfeitamente elástica.

Questão 5

Ueg 2023

Durante muito tempo, houve a busca por máquinas hipotéticas que funcionassem perpetuamente, sem que houvesse quaisquer mecanismos de compensação de perdas de energia. Recentemente, esses dispositivos ditos moto-perpétuos ganharam evidência nas redes sociais com a comercialização de uma suposta máquina de movimento perpétuo (ver figura a seguir). Tal dispositivo consiste em uma base, na qual é fixada uma plataforma suspensa, com uma abertura no piso conectada a um trilho curvilíneo, projetado para que uma esfera metálica role sobre esse trilho. O brinquedo promete entregar a esfera de volta ao topo da plataforma, evidenciando um ciclo infinito. No entanto, esse dispositivo não pode ser considerado um moto-perpétuo uma vez que existe, na parte inferior da plataforma suspensa, um mecanismo eletromecânico que acelera as esferas fazendo a necessária compensação das perdas de energia no aparato.

Um dispositivo de moto-perpétuo

não encontrado

A.funcionaria em ciclos, tendo um rendimento de 100%. Essa consequência está em desacordo com a primeira lei da termodinâmica.
B.é uma máquina que dissipa energia mecânica e não recebe qualquer outra forma de energia para suprir essa perda. Esse feito se torna impossível, pois violaria a Segunda Lei da Termodinâmica.
C.tem como exemplo bastante conhecido o pêndulo, que, posto a balançar, permanece perpetuamente. Isso pode ser comprovado com os relógios de pêndulo, que marcam precisamente o tempo.
D.é uma máquina que fornece ao exterior menos energia (sob a forma de trabalho ou calor) do que aquela que consome.
E.garante que a 1ª lei de Newton é um exemplo em que a energia inercial é utilizada como mecanismo de compensação de perdas. Assim, todo corpo em movimento retilíneo permaneceria com velocidade constante.

Ver resposta e resolução da questão 5

Resposta: B

O moto perpétuo contraria o princípio da conservação da energia mecânica, pois, a cada ciclo, uma parte da energia mecânica é dissipada e contraria também a Segunda lei da Termodinâmica, pois, segundo ela, é impossível uma máquina operando em ciclos, transformar integralmente calor em trabalho, operando com 100% de rendimento. Parte da energia transforma no ciclo em calor ou trabalho, tem que ser compensada com um acréscimo de energia externa.

Questão 6

Uece 2023

Devido à pandemia de Covid 19, as pessoas tiveram de se adequar a mudanças drásticas em sua forma de trabalhar e/ou estudar. O sistema home office ganhou protagonismo nesse contexto levando milhares de pessoas a desenvolverem suas atividades em casa. No âmbito da educação, diversas universidades investiram no desenvolvimento de laboratórios virtuais de Física. Em um laboratório virtual foi possível construir um experimento que consiste em abandonar um bloco de massa M, com dimensões desprezíveis, do topo de um plano inclinado de 30 graus, em relação à horizontal. Desprezando a resistência do ar, o experimento foi realizado em duas etapas. Na primeira etapa, o bloco desce o plano inclinado até a base sem efeito da força de atrito. Na segunda etapa, o experimento é repetido, porém desta vez, o bloco sofre o efeito da força de atrito que dissipa 20% da energia mecânica inicial na forma de calor. A razão entre as velocidades do bloco na etapa 1 em relação à etapa 2, ao chegar na base inferior do plano inclinado, é

A.√(5) / 2.
B.2.
C.√(5) / 4.
D.1 / 2.

Ver resposta e resolução da questão 6

Resposta: A

Velocidade final na etapa 1:

$M gh = \frac{M v_{1}^{2}}{2}$
$v_{1} = \sqrt{2 gh}$

Velocidade final na etapa 2:

$0, 8 M g h = \frac{{M v}_{2}^{2}}{2}$
$v_{2} = \sqrt{1, 6 g h}$

Logo:

$\frac{v_{1}}{v_{2}} = \frac{\sqrt{2 gh}}{\sqrt{1, 6 gh}} = \sqrt{\frac{5}{4}} = \frac{\sqrt{5}}{2}$

Questão 7

Provão Paulista 3 2023

Em um parque de diversões, um carrinho e seus ocupantes, somando uma massa de 250 kg, é elevado até o ponto mais alto de um trilho a 6 m acima do nível da água contida em um canal, lá permanecendo em repouso, até que um mecanismo de liberação permita o início de seu movimento. Na rampa, os trilhos estão mergulhados em um lençol de água corrente, que tem a finalidade de diminuir a velocidade do carrinho, que chega ao canal com água a 2 m/s.

Imagem da questão 7 sobre teoria

Sendo 10 m/s² a aceleração da gravidade, o valor absoluto da energia mecânica dissipada pela água durante a descida desse carrinho é de

Ver resposta e resolução da questão 7

Resposta: E

Teorema da energia mecânica para sistema não conservativo:

$E_{mec}^{dissip} = E_{mec}^{i} - E_{mec}^{f} = mgh - \frac{{mv}^{2}}{2} \Rightarrow E_{mec}^{dissip} = 250 \cdot 10 \cdot 6 - \frac{250 \cdot 2^{2}}{2} \Rightarrow$
$E_{mec}^{dissip} = 15000 - 500 = 14500 J \Rightarrow E_{mec}^{dissip} = 14, 5 kJ$

Questão 8

Fempar (Fepar) 2023

Uma bala de borracha é abandonada a 2,0 m do piso horizontal de uma sala. Após colidir com ele, só consegue atingir a altura de 1,5 m.

Desprezando-se a resistência do ar, a perda de energia cinética durante a colisão foi de

Ver resposta e resolução da questão 8

Resposta: E

Fazendo a razão entre as energias mecânicas final e inicial:

$\frac{E_{mec}^{f}}{E_{mec}^{i}} = \frac{mg h_{f}}{mg h_{1}} = \frac{1, 5}{2} = 0, 75 \Rightarrow E_{mec} = 75 % E_{mec}^{i}$

Se não há resistência do ar, somente há dissipação de energia na colisão. Portanto, a energia cinética dissipada na colisão é 25% da energia mecânica inicial.

$E_{c i n}^{dissip} = 25 % E_{m e c}^{i}$

Questão 9

Efomm 2023

Um objeto pontual com 2 kg de massa é preso a um fio rígido, com 1,5 m de comprimento e massa desprezível, para formar um pêndulo. O pêndulo é elevado até formar um ângulo inicial de 60° com a direção vertical e, em seguida, é solto com velocidade inicial nula. Após muitas oscilações, o sistema, que está sujeito a forças de atrito, atinge novamente o repouso em sua posição de equilíbrio.

Calcule o trabalho realizado pelas forças dissipativas durante o movimento.

Dadoos

g = 10 m / s²

$sen 60 ° = \frac{\sqrt{3}}{2}$

$\cos 60^{\circ} = \frac{1}{2}$

Ver resposta e resolução da questão 9

Resposta: D

O trabalho realizado pelas forças dissipativas é de:

Imagem da resolução da questão 9 sobre teoria

$T = {ΔE}_{M} = 0 - mgh$
$τ = - 2 \cdot 10 \cdot 0, 75$
$T = - 15 J$

Questão 10

Fuvest-Ete 2022

Um bloco de massa m se movimenta entre os pontos A e B sobre uma superfície horizontal rugosa, cujo coeficiente de atrito cinético com o bloco é μ_c A trajetória do bloco é mostrada a seguir:

Imagem da questão 10 sobre teoria

O trabalho realizado pela força de atrito sobre o bloco no percurso fechado ABA é

Note e Adote:

Num percurso fechado, o bloco parte do ponto A, atinge o ponto B e, em seguida, retorna à sua posição inicial A.

A.igual ao trabalho da força Peso do bloco neste mesmo percurso.
B.igual ao trabalho da força Normal que atua no bloco neste mesmo percurso.
C.nulo.
D.não nulo, de valor negativo e diferente dos trabalhos das forças Peso e Normal.
E.não nulo, de valor positivo e diferente dos trabalhos das forças Peso e Normal.

Ver resposta e resolução da questão 10

Resposta: D

Os trabalhos realizados pela força peso e normal são nulos, pois estas forças são perpendiculares ao movimento. Já o trabalho realizado pela força de atrito é não nulo, de valor negativo e dado por:

$T_{F a t} = F_{a t} d = μ_{c} m g d$