Exercícios de Potência Mecânica - 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

Unicamp 2025

A energia solar desempenha papel substancial nas soluções energéticas de desenvolvimento sustentável: além de fazer uso de tecnologia pouco agressiva ao ambiente, é uma enorme fonte de energia renovável.

A área de um painel solar que gera uma potência elétrica P = 462 W é A = 2,5 m². A intensidade da radiação solar que incide no painel, ou seja, a potência da radiação solar por unidade de área do painel, é I_solar = 924 W/m². Qual é a eficiência do painel solar, ou seja, qual é a razão entre a energia elétrica gerada e a energia solar que incide no painel num dado intervalo de tempo?

A.5%.
B.20%.
C.50%.
D.80%.

Ver resposta e resolução da questão 1

Resposta: B

A potência solar incidente é:

$P_{solar} = I_{solar} \cdot A = 924 \cdot 2, 5 ∴ P_{solar} = 2310 W .$

Calculando a eficiência:

$e = \frac{P}{P_{solar}} = \frac{462}{2310} = \frac{1}{5} = 0, 2 ∴ e = 20 % .$

Questão 2

Famerp 2025

O compressor de determinada geladeira doméstica tem potência de 110 W. Sabendo que esse compressor consome 36,3 kWh de energia em um mês de 30 dias, o tempo médio que ele funciona em um dia é de

Ver resposta e resolução da questão 2

Resposta: D

Energia consumida por dia:

$36, 3 kWh \Rightarrow 30 dias$
$E \Rightarrow 1 dia$
$E = \frac{36, 3 kWh \cdot 1 dia}{30 dias} E = 1, 21 kWh / dia$

Cálculo do tempo médio de operação diária:

$E = P \cdot Δ t \Rightarrow Δ t = \frac{E}{P} = \frac{1, 21 kWh}{110 W} = \frac{1210 Wh}{110 W} ∴ Δ t = 11 h$

Cálculo diretamente por análise dimensional:

$Δt = \frac{36, 3 kW h}{mês} \cdot \frac{1 mês}{30 dias} \cdot \frac{1000 W}{1 kW} \cdot \frac{1}{110 W} ∴ Δt = 11 h$

Questão 3

Ufam-psc 1 2024

Na(s) questão(ões) em que forem necessárias, para o uso da aceleração da gravidade, adote g = 10 m/s², e adote a densidade da água igual a 1,0 g/cm³. Quando necessário, adote, ainda, os seguintes valores:

$sen 30 ° = \cos 60 ° = \frac{1}{2} = 0, 50$

$sen 60 ° = \cos 30 ° = \frac{\sqrt{3}}{2} = 0, 87$

$sen 45 ° = \cos 45 ° = \frac{\sqrt{2}}{2} = 0, 71$

A ação do homem sobre a natureza modifica o regime de chuvas e pode comprometer a geração de energia nas usinas hidrelétricas. Para gerar eletricidade com uma potência de 5,0 kW, utilizando-se uma cachoeira de 5,0 m de altura, é necessário que o volume mínimo de água derramado do alto da cachoeira, a cada segundo, em litros, seja igual a:

Ver resposta e resolução da questão 3

Resposta: C

A potência é a razão entre a energia potencial gravitacional e o tempo dado, no caso a cada segundo. Assim, tem-se 5 kW que representa 5000 W de potência. Tomando-se a expressão para a energia potencial gravitacional e dividindo-se pelo tempo, tem-se como determinar a vazão de água por segundo, sabendo-se a massa de água e fazendo-se a transformação para litros, tendo em vista que 1 grama de água equivale a 1 centímetro cúbico ou ainda 1 kg de água é o mesmo que 1 litro, na temperatura e pressão normal.

Imagem da resolução da questão 3 sobre teoria

Questão 4

Provão Paulista 1 2024

Certo carro elétrico vendido no Brasil tem, segundo o fabricante, motor de 75 CV. Com massa de 1200 kg, esse carro consegue variar a velocidade de 0 a 108 km em 15 s.

Admitindo 1 CV = 750 watts e 108 km/h = 30 m/s, o valor absoluto da diferença entre a potência prometida pelo fabricante e a potência desenvolvida no teste de aceleração é de, aproximadamente,

Ver resposta e resolução da questão 4

Resposta: A

Velocidade média do carro:

$v = \frac{30 + 0}{2} \Rightarrow v = 15 m / s$

Aceleração do carro:

$a = \frac{Δ v}{Δ t} = \frac{30 - 0}{15} \Rightarrow a = 2 m / s^{2}$

Força desenvolvida pelo carro:

$F = m a = 1200 \cdot 2 \Rightarrow F = 2400 N$

Potência desenvolvida no teste:

$P_{t} = F v = 2400 \cdot 15 \Rightarrow P_{t} = 36000 W$

Potência prometida pelo fabricante:

$P_{f f} = 75 \cdot 750 \Rightarrow P = 56250 W$

Diferença entre as potências:

$Δ P = 56250 W - 36000 W = 20250 W$
$Δ P ≅ 20000 W$

Questão 5

Unichristus – Medicina 2023

Uma queda-d´água de 20 m de altura é utilizada para gerar energia elétrica a uma taxa de 1000kjoules/s. Considerando-se a aceleração da gravidade de 10m / s² e a densidade da água de 1 g / cm³, conclui-se que a vazão de água necessária para produzir energia a essa taxa é de

Ver resposta e resolução da questão 5

Resposta: C

$Dados : P = 1.000 \frac{kJ}{s} \Rightarrow P = 10^{6} W; d = 1 g / {cm}^{3} = 10^{3} kg / m^{3} .$

A vazão (z) é a razão entre o volume escoado e o tempo:

$z = \frac{ΔV}{Δt}$

Supondo que toda energia potencial armazenada seja transformada em energia elétrica:

$P = \frac{{ΔE}_{pot}}{Δt} = \frac{Δmgh}{Δt} \Rightarrow P = \frac{dΔVgh}{Δt} \Rightarrow P = dzgh \Rightarrow$
$z = \frac{P}{dgh} = \frac{10^{6}}{10^{3} \cdot 10 \cdot 20} = \frac{10^{6}}{2 \times 10^{5}} \Rightarrow z = 5 m^{3} / s$

Questão 6

Unesp 2023

A diferença entre andar e correr é que, quando andamos, mantemos pelo menos um dos pés em contato com o solo, enquanto que, ao correr, ficamos parte do tempo com os dois pés fora do solo. Para um adulto, quando sua velocidade, ao caminhar, ultrapassa o valor de 2 m/s, passa a ser mais confortável e energeticamente vantajoso começar a correr. O gráfico mostra, aproximadamente, como varia a potência total produzida pelo corpo desse adulto em função da velocidade, durante uma caminhada e durante uma corrida.

Imagem da questão 6 sobre teoria

Uma pessoa adulta dirigia-se para um ponto de ônibus caminhando rapidamente com velocidade constante de 1,5 m/s, mantendo essa velocidade por 20 s. Ao perceber que o ônibus em que iria embarcar se aproximava, essa pessoa inicia uma corrida com velocidade também constante de 2,5 m/s, mantendo essa velocidade por 10 s. Durante os 30 s descritos, a energia total transformada por essa pessoa foi de

Ver resposta e resolução da questão 6

Resposta: A

Da expressão da potência:

$P = \frac{ΔE}{Δt} \Rightarrow ΔE = P Δt$

Aplicando à situação descrita:

$ΔE = {ΔE}_{and} + {ΔE}_{cor} \Rightarrow ΔE = (P Δt)_{and} + (P Δt)_{cor} = 480 \cdot 20 + 880 \cdot 10 \Rightarrow$
$ΔE = 9.600 + 8.800 \Rightarrow ΔE = 18.400 J$

Questão 7

Ufjf-pism 2 2023

Considere os valores a seguir para as quantidades físicas. Calor específico da água: 1cal / g°C,1cal = 4,2j,1W = 1j / s e densidade da água: 1 g / cm³.

Um sistema de aquecimento solar de água é um equipamento composto por duas partes principais. A primeira parte, chamada de coletor, é formada por uma ou mais placas de vidro e por tubos metálicos. A segunda parte do sistema é formada pelo reservatório térmico de água. As duas partes são conectadas e funcionam da seguinte maneira: as placas captam o calor do sol e transferem essa energia para a água que passa pelos tubos do sistema e chegam até o reservatório. Esse reservatório serve para entregar água quente onde haja demanda. Esses equipamentos têm se popularizado e podem ser vistos em telhados de residências, no comércio e na indústria.

Considere que um equipamento desses instalado em uma região do Brasil com alta incidência solar consiga entregar uma potência de 25000 calorias por minuto ao sistema. Considerando que toda energia é absorvida pela água, determine o tempo necessário para aquecer 200 litros de água de 25°C a 75°C:

Ver resposta e resolução da questão 7

Resposta: E

A relação entre a energia (E) recebida pelo sol, tempo (Dt) e a potência (P) é dada por:

$P = \frac{E}{Δt} \Rightarrow E = P \cdot Δt (1)$

Essa energia do sol é transformada em energia térmica ou calor, sendo responsável pelo aquecimento da água. O calor sensível (Q) relaciona a massa de água (m), o calor específico da água (c) e a diferença de temperatura (DT), de acordo com a equação abaixo:

$Q = m \cdot c \cdot Δ T (2)$

Considerando-se não haver perdas de energia no processo, as energias são iguais, então igualando as equações e ajustando-se a unidade da massa, sabendo-se que 1 L =1000g, tem-se:

$(1) = (2)$
$E = Q \Rightarrow P \cdot Δt = m \cdot c \cdot ΔT \Rightarrow Δt = \frac{m \cdot c \cdot ΔT}{P} = \frac{200 \times 10^{3} g \cdot 1 cal / g ° C \cdot (75 - 25) ° C}{25000 cal / \min}$
$Δt = 400 \min$

Questão 8

Ufam-psc 2 2023

Determinada montadora de veículos declara que a potência máxima de um modelo de carro é de 50kW, quando o motor estiver funcionando a 6000 rotações por minuto. Considere a situação na qual o motorista desse modelo de carro mantém a velocidade de 90 km / h num trecho plano e retilíneo de uma estrada.

A partir dessas informações, podemos afirmar que a energia útil liberada pelo motor a cada volta e a intensidade das forças resistivas ao movimento do carro valem, respectivamente:

Ver resposta e resolução da questão 8

Resposta: B

Utilizando análise dimensional para calcular a energia liberada por rotação:

$E = 50.000 \frac{J}{s} \times \frac{60 s}{6.000 rot} \Rightarrow E = 500 J / rot$

Como o movimento é retilíneo e a velocidade é constante, de acordo com a lei da inércia, a intensidade da força resultante é nula; logo, as forças resistivas têm intensidade total igual à da força motriz. Supondo que o carro esteja se deslocando a 90 km/h (25 m/s), desenvolvendo potência máxima, têm-se:

$P_{o t} = F v \Rightarrow 50.000 = F \cdot 25 \Rightarrow F = 2 \times 10^{3} N$
$F_{resist} = F \Rightarrow F_{resist} = 2 \times 10^{3} N$

Questão 9

Ucpel 2023

É possível encontrar em sítios de INTERNET propaganda de painéis solares destinados ao aquecimento de água de piscinas, no entanto seria também possível usar essa tecnologia para aquecimento de água destinada ao uso doméstico. Supondo que um painel solar convenientemente instalado possa gerar energia a uma taxa de 100 W e considerando que o calor específico da água é de 1 cal / g⋅°C, a sua massa específica é de 1 g / cm³ e que 1 cal = 4,2 J, podemos afirmar que, desprezando as perdas, esse dispositivo aquecerá 1 litro de água de 20°C até 80°C em

Ver resposta e resolução da questão 9

Resposta: D

Energia em calorias para aquecimento de 1 litro (1 kg) de água:

$E (c a l) = m \cdot c \cdot Δ T = 1000 g \cdot 1 c a l / g \cdot^{\circ} C \cdot (80 - 20)^{\circ} C \cdot ∴ E (c a l) = 60000 c a l$

Energia em joules:

$E (J) = E (c a l) \cdot \frac{4, 2 J}{1 c a l} = 60000 c a l \cdot \frac{4, 2 J}{1 c a l} ∴ E (J) = 252000 J$

O tempo em segundos é obtido por meio da potência:

$P = \frac{E (J)}{t} \Rightarrow t = \frac{E (J)}{P} = \frac{252000 J}{100 W} ∴ t = 2520 s = 42 \min$

Questão 10

Puccamp 2023

Energia eólica atingiu recordes em 2021

O ano de 2021 trouxe um novo recorde de expansão eólica no Brasil. Dados da Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel) mostram que a expansão dessa fonte energética chegou a 3.051,29 megawatts – considerando os dados até novembro. O recorde anterior havia sido alcançado em 2014, quando foram adicionados 2.786 megawatts eólicos ao sistema interligado.

O recorde, no entanto, não foi a única notícia boa para a energia eólica em 2021. Também nesse ano atingimos o marco de 10 GW de capacidade instalada dessa fonte de geração de energia no país.

(Disponível em: https://www.alemdaenergia.engie.com.br. Adaptado)

A quantidade de energia elétrica, em kWh, produzida por uma usina é dada pela multiplicação da potência da usina, em kW, pelo tempo em que a usina ficou em funcionamento, em horas. Sabendo que 1 GW corresponde 10⁹ W e supondo que todas as usinas eólicas instaladas no Brasil funcionassem ininterruptamente durante um dia, a quantidade de energia elétrica produzida por elas, nesse período, seria de

Ver resposta e resolução da questão 10

Resposta: C

Tomando-se a soma da capacidade instalada de fornecimento de energia por meio da energia eólica no Brasil, fornecida no texto da questão anterior, que foi de 10 GW, e transformando-se para kWh, tem-se:

$E = 10 G W \cdot \frac{10^{6} k W}{1 G W} \cdot 24 h . ∴ E = 2, 4 \times 10^{8} k W h$