Física com o BFTente resolver cada exercício antes de abrir a resposta. As resoluções ficam disponíveis logo abaixo de cada questão.
Questões desta lista
Questão 1
UEA 2025Na grande maioria das usinas de produção de energia elétrica, independentemente de qual seja a fonte de energia empregada, há sempre um princípio básico envolvido, que é a movimentação de turbinas para a conversão de energia __________ em energia elétrica. Mesmo que indiretamente, esse princípio está presente na conversão da energia potencial gravitacional em usinas __________ e da energia térmica, proveniente de combustíveis fósseis e nucleares, em usinas __________ e __________, respectivamente.
As lacunas do texto são preenchidas, por:
Ver resposta e resolução da questão 1
Resposta: A
O funcionamento da maioria das plantas geradoras de eletricidade baseia-se no princípio da transformação de energia por meio de sistemas rotativos. Quando uma turbina é acionada, ocorre o processo de conversão de energia mecânica em energia elétrica, sendo este o mecanismo central que permite a produção de corrente para consumo.
Ao analisar as fontes mencionadas no enunciado, observa-se que a energia potencial gravitacional, relacionada à altura e massa da água, é o recurso explorado pelas usinas hidrelétricas para gerar movimento. Nesse cenário, a queda d’água impulsiona as turbinas, transformando o potencial de altura em trabalho mecânico e, posteriormente, em eletricidade.
Quanto à utilização do calor, o texto aborda dois tipos de fontes térmicas distintas. A energia térmica gerada pela queima de combustíveis fósseis é processada pelas usinas termoelétricas convencionais. Por outro lado, a energia térmica oriunda de processos de fissão ou fusão nuclear é aproveitada em usinas termonucleares. Portanto, o encadeamento lógico das lacunas exige a identificação da energia mecânica como base do movimento, seguida pela classificação correta das plantas hidrelétricas, termoelétricas e termonucleares.
A alternativa A preenche corretamente as lacunas ao associar o movimento das turbinas à energia mecânica e classificar adequadamente os tipos de usinas conforme suas fontes de calor ou potencial gravitacional.
Questão 2
UNESP 2023O mapa, feito em malha quadriculada, indica três vetores com direções, sentidos e módulos das velocidades médias dos ventos que incidiram sobre uma turbina eólica giratória, indicada pelo ponto T, durante 24 horas de determinado dia do ano. Nesse dia, a turbina recebeu ventos apenas de A, B e C, sendo que as porcentagens associadas a cada vetor indicam a fração do dia em que tais ventos incidiram em T.
Considerando que cada centímetro do mapa corresponde à velocidade média do vento de 5 km/h e que a turbina localizada em T gera uma unidade de energia por hora para cada 1 km/h de velocidade média do vento, o total de unidades de energia gerada por essa turbina nesse dia foi de
Ver resposta e resolução da questão 2
Resposta: C
Para determinar a energia total gerada, é necessário calcular a velocidade média correspondente a cada vento e, em seguida, fazer uma média ponderada pelos intervalos de tempo em que os ventos A, B e C atuaram. As porcentagens indicadas no mapa correspondem a 50%, 30% e 20% do período de 24 horas, respectivamente.
Vento A: pelas componentes do vetor na malha, os deslocamentos correspondentes são de 3 cm e 4 cm. Como cada centímetro representa 5 km/h, essas componentes de velocidade valem 15 km/h e 20 km/h. O módulo do vetor é obtido pelo teorema de Pitágoras, que relaciona o módulo às suas componentes perpendiculares.
\[v_{A}^{2} = \left(5 \cdot 3\right)^{2} + \left(5 \cdot 4\right)^{2}\] \[v_{A} = 25 \text{km} / \text{h}\]
Assim, o vento A apresenta velocidade média de 25 km/h.
Vento B: o vetor B mede 4,5 cm no mapa. Aplicando a escala fornecida, sua velocidade é determinada multiplicando esse comprimento por 5 km/h para cada centímetro. O resultado indicado é:
\[v_{B} = 4.5\] \[v_{B} = 20 k m / \text{h}\]
Logo, a velocidade média do vento B é 20 km/h.
Vento C: o vetor C possui comprimento de 3 cm. Usando a escala do mapa, cada centímetro corresponde a 5 km/h:
\[v_{C} = 3 \cdot 5\] \[v_{C} = 15 k m / \text{h}\]
Portanto, a velocidade média do vento C é 15 km/h.
Agora, é preciso considerar o tempo de atuação de cada vento. O vento A incidiu durante 50% de 24 horas, o vento B durante 30% de 24 horas e o vento C durante 20% de 24 horas. Como as velocidades atuaram durante tempos diferentes, a velocidade média diária é calculada por uma média ponderada: cada velocidade é multiplicada pelo respectivo tempo de atuação, e a soma desses produtos é dividida pelo tempo total de 24 horas.
\[v_{m} = \frac{\left[\left(25 \times 0.5 \cdot 24\right) + \left(20 \times 0.3 \cdot 24\right) + \left(15 \times 0.2 \cdot 24\right)\right]}{24}\] \[v_{m} = 21.5 k m / \text{h}\]
Desse modo, a velocidade média do vento ao longo do dia foi de 21,5 km/h. O enunciado informa que a turbina gera uma unidade de energia por hora para cada 1 km/h de velocidade média. Portanto, durante 24 horas, a energia produzida é obtida multiplicando a velocidade média diária pelo número de horas de funcionamento.
\[\Delta E = 21.5 \times 24\] \[\Delta E = 516 u e\]
Logo, o total de energia gerada pela turbina nesse dia foi de 516 unidades de energia. Portanto, a alternativa correta é a c).
Questão 3
UEA · SIS I 2023Nas usinas hidrelétricas, a energia __________ da água armazenada no topo da represa é convertida em energia __________ durante a queda d’água e, por fim, quando a água passa pelas turbinas que giram os dínamos, essa energia é transformada em energia __________.
As lacunas do texto são preenchidas, respectivamente, por:
Ver resposta e resolução da questão 3
Resposta: B
O processo de geração de eletricidade em uma usina hidrelétrica baseia-se na conversão sucessiva de diferentes formas de energia, seguindo o princípio da conservação da energia. Inicialmente, a água que se encontra armazenada em um nível elevado, no topo de uma represa, possui energia potencial gravitacional. Essa grandeza está relacionada à posição da massa de água em relação a um referencial e depende da altura em que ela se encontra.
Conforme a água desce pelas tubulações devido à força da gravidade, essa energia potencial é convertida em energia cinética. A energia cinética é a energia associada ao movimento do fluido, sendo determinada pela massa da água e pela sua velocidade durante a queda. Portanto, o deslocamento vertical transforma a capacidade de realizar trabalho por posição (potencial) em trabalho por movimento (cinética).
Ao atingir as turbinas, o fluxo de água em movimento faz com que as pás das máquinas girem, transferindo a energia cinética para o eixo do sistema. Esse movimento rotacional aciona os dínamos ou geradores elétricos, que utilizam fenômenos de indução eletromagnética para transformar a energia mecânica de rotação em energia elétrica, que é o produto final enviado para as redes de consumo.
Em resumo, a sequência lógica das transformações descrita no enunciado segue o fluxo potencial para cinética e, finalmente, para elétrica. Isso valida a alternativa B como a única correta, pois preenche as lacunas respeitando a ordem física dos fenômenos observados na operação de uma hidrelétrica.
Questão 4
UEA 2023Analise a figura que representa o esquema básico de determinada usina hidrelétrica, em que os tipos de energia envolvidos são somente potencial gravitacional, cinética e elétrica.
Das regiões destacadas na imagem, 1, 2, 3, 4 e 5, as únicas nas quais estão ocorrendo transformações de energia são as regiões de números
Ver resposta e resolução da questão 4
Resposta: A
Para identificar os pontos de conversão energética no sistema hidrelétrico descrito, deve-se observar onde há mudança de estado da energia. Na região 2, o fluxo de água em queda caracteriza a transição da energia potencial gravitacional, armazenada devido à altura do reservatório, para a energia cinética, resultante do movimento de descida do fluido.
Na região 3, ocorre o processo subsequente onde a energia cinética proveniente do movimento da água é convertida em energia elétrica por meio do funcionamento das turbinas e geradores. Portanto, os processos de transformação ocorrem exclusivamente nos pontos 2 e 3.
Questão 5
FUVEST 2023The expression “dark doldrums” chills the hearts of renewable-energy engineers, who use it to refer to the lulls when solar panels and wind turbines are thwarted by clouds, night, or still air. On a bright, cloudless day, a solar farm can generate prodigious amounts of electricity. But at night solar cells do little, and in calm air turbines sit useless.
The dark doldrums make it difficult for us to rely totally on renewable energy. Power companies need to plan not just for individual storms or windless nights but for difficulties that can stretch for days. Last year, Europe experienced a weeks-long “wind drought,” and in 2006 Hawaii endured six weeks of consecutive rainy days. On a smaller scale, communities that want to go all-renewable need to fill the gaps. The obvious solution is batteries, which power everything from mobile phones to electric vehicles; they are relatively inexpensive to make and getting cheaper. But typical models exhaust their stored energy after only three or four hours of maximum output, and—as every smartphone owner knows—their capacity dwindles with each recharge. Moreover, it is expensive to collect enough batteries to cover longer discharges.
We already have one kind of renewable energy storage: more than ninety per cent of the world’s energy-storage capacity is in reservoirs, as part of a technology called pumped-storage hydropower, used to smooth out sharp increases in electricity demand. Motors pump water uphill from a river or a reservoir to a higher reservoir; when the water is released downhill, it spins a turbine, generating power. A pumped-hydro installation is like a giant, permanent battery, charged when water is pumped uphill and depleted as it flows down. Some countries are expanding their use of pumped hydro, but the right geography is hard to find, permits are difficult to obtain, and construction is slow and expensive. The hunt is on for new approaches to energy storage.
The New Yorker. Abril, 2022. Adaptado.
Segundo o texto, quando a geração de energia por células solares ou turbinas eólicas é insuficiente para atender à demanda, uma fonte de energia alternativa envolveria a conversão de
Ver resposta e resolução da questão 5
Resposta: C
A partir da leitura do texto, identifica-se que a alternativa correta é a C. O fragmento final do artigo descreve o funcionamento da tecnologia de hidrelétrica de armazenamento bombeado (pumped-storage hydropower), detalhando que motores realizam o bombeamento de água de um rio ou reservatório para uma cota mais elevada. Quando essa água é liberada e desce, ela aciona uma turbina para a produção de eletricidade.
Sob a ótica da Física, esse processo envolve processos de conversão energética. No momento em que a água flui de um ponto alto para um ponto baixo, movendo a turbina, ocorre a transformação de energia mecânica (proveniente do movimento e da posição da água) em energia elétrica. O texto estabelece uma analogia com uma bateria gigante, onde o carregamento acontece via bombeamento e o uso da energia ocorre durante o fluxo descendente.
Em termos de interpretação textual, a resposta fundamenta-se no trecho que afirma: “Motors pump water uphill from a river or a reservoir to a higher reservoir; when the water is released downhill, it spins a turbine, generating power”. Essa passagem confirma que o método de armazenamento mencionado utiliza o movimento da água para gerar eletricidade, validando a lógica de conversão entre as formas de energia citadas.
Questão 6
FUVEST 2023The expression “dark doldrums” chills the hearts of renewable-energy engineers, who use it to refer to the lulls when solar panels and wind turbines are thwarted by clouds, night, or still air. On a bright, cloudless day, a solar farm can generate prodigious amounts of electricity. But at night solar cells do little, and in calm air turbines sit useless.
The dark doldrums make it difficult for us to rely totally on renewable energy. Power companies need to plan not just for individual storms or windless nights but for difficulties that can stretch for days. Last year, Europe experienced a weeks-long “wind drought,” and in 2006 Hawaii endured six weeks of consecutive rainy days. On a smaller scale, communities that want to go all-renewable need to fill the gaps. The obvious solution is batteries, which power everything from mobile phones to electric vehicles; they are relatively inexpensive to make and getting cheaper. But typical models exhaust their stored energy after only three or four hours of maximum output, and—as every smartphone owner knows—their capacity dwindles with each recharge. Moreover, it is expensive to collect enough batteries to cover longer discharges.
We already have one kind of renewable energy storage: more than ninety per cent of the world’s energy-storage capacity is in reservoirs, as part of a technology called pumped-storage hydropower, used to smooth out sharp increases in electricity demand. Motors pump water uphill from a river or a reservoir to a higher reservoir; when the water is released downhill, it spins a turbine, generating power. A pumped-hydro installation is like a giant, permanent battery, charged when water is pumped uphill and depleted as it flows down. Some countries are expanding their use of pumped hydro, but the right geography is hard to find, permits are difficult to obtain, and construction is slow and expensive. The hunt is on for new approaches to energy storage.
The New Yorker. Abril, 2022. Adaptado.
No texto, a expressão “dark doldrums” descreve
Ver resposta e resolução da questão 6
Resposta: D
A análise do termo “dark doldrums” exige a compreensão de como as condições climáticas impactam diretamente a produção de energia limpa. O texto apresenta evidências de que esse conceito se refere a momentos de baixa produtividade energética, exemplificados por termos como “windless” (ausência de vento) e “wind drought” (seca de ventos), que impossibilitam o funcionamento das turbinas eólicas. Da mesma forma, a menção a períodos de seis semanas com chuvas consecutivas ilustra a dificuldade de geração solar devido à cobertura de nuvens e à falta de luminosidade.
Conceitualmente, a expressão combina as ideias de escuridão (dark) e estagnação ou calmaria (doldrums). No contexto da engenharia de energias renováveis apresentado, isso descreve precisamente os intervalos de inatividade ou de baixa eficiência dos sistemas de captação. O texto explicita que tais períodos ocorrem quando painéis solares e turbinas eólicas são impedidos de operar plenamente por fatores como a noite, a presença de nuvens ou a ausência de correntes de ar, caracterizando um cenário de interrupção no fornecimento constante de eletricidade.
Questão 7
PUC Campinas · Direito 2022Crise Hídrica
A seca pela qual o Brasil passa nas últimas semanas vai continuar apertando o bolso do consumidor. […] Em novo balanço atualizado no domingo, o Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS) apresentou números críticos dos níveis de armazenamento de água dos reservatórios das principais usinas hidrelétricas em Minas Gerais. Entre as oito maiores usinas, todas operando com volume inferior a 50% da capacidade de armazenamento de água que faz girar as turbinas, três trabalham com acumulação em barragens abaixo de 20%: Emborcação e Nova Ponte, no Triângulo Mineiro, com 11,72% e 11,95%, respectivamente; e Furnas, 17,47%. O lago de Três Marias tem a situação menos grave, com 49,51%, de acordo com novo levantamento feito pelo ONS.
Os dados foram atualizados em dia no qual era esperado, mas não foi anunciado, novo aumento do sistema tarifário aplicado às contas de energia pela Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel). Em agosto vigorou bandeira tarifária vermelha, de patamar 2, ao custo de R$ 9,49 a cada 100 quilowatt-hora (kWh) consumidos.
(Disponível em: www.em.com.br)
A tarifa média de energia no Estado de São Paulo é de 0,621 reais por kWh consumido. Quando há dificuldades na geração de energia, o governo aplica o sistema de bandeiras, que é um acréscimo ao preço do kWh. A bandeira vermelha ainda tem dois patamares, P1 e P2, como indicado na tabela.
| Bandeira | Acréscimo por kWh (reais) |
| Verde | – |
| Amarela | 0,01874 |
| Vermelha P1 | 0,03971 |
| Vermelha P2 | 0,09492 |
Uma família residente no estado de São Paulo que consome em um mês 200 kWh, na bandeira vermelha e patamar 2, pagará pela energia consumida, sem os impostos, o valor médio de:
Ver resposta e resolução da questão 7
Resposta: C
O consumo mensal da família é de 200 kWh. Como a tarifa vigente é a bandeira vermelha, patamar 2, deve-se acrescentar ao preço básico da energia o valor de R$ 0,09492 por kWh, conforme a tabela.
Assim, o custo efetivo de cada quilowatt-hora é obtido somando-se a tarifa média do estado de São Paulo, de R$ 0,621 por kWh, ao acréscimo da bandeira vermelha P2. Em seguida, esse custo por kWh é multiplicado pelo consumo total de 200 kWh:
\[V = 200 \left(0.0 621 + 0.0 09492\right) = 200 \left(0.0 71592\right) = 143.0 184\] \[V = R \$ 143.0 18\]
O valor exato calculado é de R$ 143,184. Como os valores monetários são expressos em centavos, o resultado deve ser arredondado para duas casas decimais, totalizando R$ 143,18, sem considerar os impostos.
Portanto, a alternativa correta é c) R$ 143,18.
Questão 8
ENEM 2022O eixo de rotação da Terra apresenta uma inclinação em relação ao plano de sua órbita em torno do Sol, interferindo na duração do dia e da noite ao longo do ano.
Uma pessoa instala em sua residência uma placa fotovoltaica, que transforma energia solar em elétrica. Ela monitora a energia total produzida por essa placa em 4 dias do ano, ensolarados e sem nuvens, e lança os resultados no gráfico.
Próximo a que região se situa a residência onde as placas foram instaladas?
Ver resposta e resolução da questão 8
Resposta: A
A análise dos dados apresentados no gráfico revela que a menor produção de energia ocorre no dia 10 de julho. Esse fenômeno indica que o local monitorado atravessa o período de inverno nessa data específica.
Considerando a dinâmica astronômica, o inverno em julho caracteriza as regiões situadas no Hemisfério Sul. Portanto, a localização geográfica deve estar próxima ao Trópico de Capricórnio, zona onde a inclinação solar resulta em dias mais breves e menor intensidade de radiação durante esse período do ano.
Questão 9
UNESP 2020Parque Eólico de Osório, RS
O Parque Eólico de Osório é o maior da América Latina e o segundo maior do mundo em operação. Com capacidade produtiva total de 150 MW, tem potência suficiente para abastecer anualmente o consumo residencial de energia elétrica de cerca de 650 mil pessoas.
(www.osorio.rs.gov.br. Adaptado.)
Considere agora a combustão completa do metano, principal componente do gás natural, cuja entalpia de combustão completa é cerca de −9×102 kJ / mol, e que as transformações de energia nessa combustão tenham eficiência ideal, de 100%.
Para fornecer a mesma quantidade de energia obtida pelo Parque Eólico de Osório quando opera por 1 hora com sua capacidade máxima, uma usina termoelétrica a gás necessitaria da combustão completa de uma massa mínima de metano da ordem de
Ver resposta e resolução da questão 9
Resposta: A
A potência máxima do parque é 150 MW. Como a potência representa a energia fornecida por unidade de tempo, a energia produzida durante 1 hora é obtida por meio da relação entre potência e intervalo de tempo:
Energia fornecida pelo Parque Eólico de Osório em \(1 \text{h} \left(3600 \text{s}\right) :\)
Como 1 W = 1 J/s, a potência deve ser expressa em watts para que sua multiplicação pelo tempo, em segundos, resulte em joules. Assim, 150 MW = 150 × 106 W. Portanto:
\[E = P \cdot \Delta t = 150 \cdot 10^{6} \text{W} \cdot 3600 \text{s}\] \[E = 54 \cdot 10^{7} k J\]
Na segunda linha, a energia foi convertida de joules para quilojoules, usando a equivalência 1 kJ = 103 J. Logo, a energia fornecida pelo parque em uma hora é 54 × 107 kJ.
A combustão completa de cada mol de metano libera aproximadamente 900 kJ. O sinal negativo da entalpia de combustão indica que a reação libera energia; para calcular a quantidade de combustível necessária, interessa o módulo dessa energia liberada, isto é, 900 kJ por mol.
Quantidade em mol de metano necessária para a combustão:
As grandezas podem ser relacionadas por uma proporção: se 900 kJ são liberados por 1 mol de metano, então
\[900 \text{kJ} \hcancel{ } 1 \text{mol}\]
Para produzir a energia total exigida,
\[54 \cdot 10^{7} \text{kJ} \hcancel{ } n\]
Igualando as duas razões, obtém-se:
\[n \cong 6.3 \cdot 10^{5} \text{mol}\]
Isso significa que seriam necessários aproximadamente 6,3 × 105 mol de metano para liberar, com eficiência ideal de 100%, a mesma quantidade de energia produzida pelo parque em uma hora.
Dado que a massa molar do metano é \(M_{\left(C H\right)_{4}} = 16 \text{g} / \text{m} o l ,\) a massa é calculada multiplicando-se a quantidade de matéria, em mol, pela massa correspondente a cada mol:
\[m = 6.3 \cdot 10^{5} \text{mol} \cdot 16 \text{g} / \text{mol} \cong 10^{7} \text{g}\] \[m \cong 10 t\]
Na conversão final, utilizou-se que 1 tonelada corresponde a 106 g. Assim, 107 g correspondem a aproximadamente 10 t.
Logo, a massa mínima de metano necessária é da ordem de 10 t. Portanto, a alternativa correta é a) 10 t.
Questão 10
UECE 2017Usinas termelétricas, como as instaladas no Ceará, geram energia mais cara que as fontes convencionais, consomem elevados volumes de água, além de usarem carvão como combustível, causando relevantes impactos ambientais. Nessas usinas, as conversões que envolvem maior quantidade de energia são de
Ver resposta e resolução da questão 10
Resposta: D
O funcionamento de uma usina termelétrica baseia-se em um ciclo de transformações sucessivas de diferentes formas de energia para a produção de eletricidade. O processo se inicia com o uso de combustíveis, como o carvão mencionado no enunciado, que armazenam energia em suas ligações moleculares sob a forma de energia química. Quando esse combustível é submetido à combustão, ocorre uma reação exotérmica que libera essa energia acumulada, convertendo-a primordialmente em energia térmica, ou seja, calor.
Essa energia térmica resultante da queima é utilizada para aquecer um fluido de trabalho, geralmente água, transformando-o em vapor sob alta pressão e temperatura. O movimento desse vapor é direcionado para as pás de uma turbina, promovendo a conversão da energia térmica e da energia cinética do fluido em energia mecânica de rotação. Por fim, essa turbina está acoplada a um gerador elétrico que, por meio de princípios de indução eletromagnética, transforma o movimento rotacional em energia elétrica, que é então distribuída para o consumo.
