Potência elétrica: por que o aluno ignora a direção da força ou erra as unidades
Um diagnóstico de potência elétrica baseado em oito questões reais: identifique erros de cálculo, unidades, força e consumo e escolha a intervenção certa para cada etapa.
Outro dia, dando aula de circuitos para uma turma do 9º ano, pedi que os alunos calculassem a potência de cinco lâmpadas de 10 W ligadas ao mesmo tempo. Metade da sala somou 10 + 5 e escreveu 15 W. Nenhum deles estava chutando: todos tinham uma regra na cabeça, só que a regra era outra.
Esse tipo de cena se repete em quase toda turma que começa a trabalhar potência elétrica. O conceito parece simples, mas ele depende de multiplicar, dividir, converter unidades e, no ENEM, até de entender o papel do ângulo entre força e movimento. Este guia reúne o que aprendi organizando essas questões e os erros que mais aparecem nelas.
O que é potência elétrica, explicado para o professor?
Potência elétrica é a rapidez com que a energia elétrica é convertida em outra forma de energia, como luz, calor ou movimento. Ela é medida em watts (W), e a relação básica é P = V·I, onde V é a tensão em volts e I é a corrente em ampères. Também usamos P = E/Δt, que relaciona a energia transferida com o tempo gasto nessa transferência. Um chuveiro de 5000 W converte energia mais rapidamente que uma lâmpada de LED de 10 W, e é por isso que ele pesa tanto na conta de luz.
No currículo, o tema aparece no 8º ano em Ciências (EF08CI04), quando se trabalha consumo de energia em casa, e no 9º ano em Ciências (EF09CI13), com cálculo de potência e energia consumida. No Ensino Médio, a habilidade EM13CNT308 trata da relação entre tensão, corrente e potência em equipamentos, e EM13CNT204 e EM13CNT205 levam o conceito para a mecânica, onde potência é o produto escalar entre força e velocidade. Já EM13CNT101 aparece em contextos de energia em escala atômica e física médica.
Vale notar que a palavra "potência" tem um significado diferente em Física mecânica, em que depende do ângulo entre força e velocidade, e em circuitos elétricos, em que costuma ser tratada como produto de grandezas escalares. Muitos erros nascem dessa mudança de contexto sem aviso.
O que o aluno precisa saber antes?
Nas fichas técnicas das questões, os pré-requisitos se repetem: cálculo de potência elétrica, conversão de unidades de energia e noção de força e ângulo para os itens do ENEM. Em quase todas as oito questões, o aluno precisa dominar divisão, multiplicação e a leitura correta de prefixos como quilo e micro.
Para verificar se a turma tem essa base, eu uso uma pergunta de diagnóstico antes de qualquer fórmula: "Se uma lâmpada consome 10 W, quanto consomem duas?". Se a resposta for 20 W, a multiplicação está ok. Se aparecer 12 W, o problema não é potência, é a ideia de soma versus multiplicação. Depois, pergunto: "Quantos joules há em um quilowatt-hora?". Quem não sabe converter ainda não está pronto para os cálculos de consumo.
Os conceitos que antecedem a potência também pesam. Antes de chegar aqui, o aluno precisa ter visto a Lei de Ohm, porque ela sustenta a relação entre tensão, corrente e resistência que aparece em P = V·I. Também precisa de conversão de unidades, que é a fonte de boa parte dos erros de ordem de grandeza.
Os erros mais comuns (e por que acontecem)
Ao analisar as fichas, percebi um padrão: em cinco das oito questões, o erro típico está no cálculo em si, não na física. O aluno sabe a fórmula, mas a aplica com a operação errada ou com a unidade errada. Vamos aos principais.
Multiplicar quando deveria dividir (ou o contrário)
Esse é o erro mais frequente nas questões de isolar a corrente em P = V·I. Quando pedi a corrente de um aquecedor de 800 W ligado a 230 V, alguns alunos multiplicaram e chegaram a um número absurdo. Na ficha da questão, o distrator mais provável é a alternativa E, que aparece quando o aluno desloca a vírgula da tensão e usa 23 V no denominador. A intervenção que funciona é pedir que o aluno estime o resultado antes de calcular: uma corrente de centenas de ampères para um aquecedor doméstico não faz sentido.
Somar potências em vez de multiplicar pelo número de aparelhos
Este é o erro da minha turma do 9º ano. Na questão de lâmpadas de LED, o distrator mais escolhido é a alternativa C, que surge quando o aluno faz uma soma indevida dos consumos. A causa é a intuição de que "mais coisas, mais soma". A intervenção é trabalhar com um caso concreto: duas lâmpadas de 10 W consomem 20 W, não 12 W, porque cada uma consome seus 10 W ao mesmo tempo.
Esquecer a subtração ou o número de unidades na diferença
Em questões de troca de lâmpadas, o aluno calcula a potência de uma lâmpada e esquece de multiplicar pelo número total. A ficha mostra que a alternativa B, que é a correta, costuma ser a menos escolhida por quem erra, porque exige duas etapas: subtrair por unidade e depois multiplicar. A intervenção é pedir que o aluno escreva as duas etapas separadamente, em linhas diferentes.
Confundir watts com quilowatts e kilowatt-hora
Este é o erro que mais afeta as questões de consumo. Quando o enunciado dá 300 kWh e 1500 W, o aluno precisa converter 1500 W para 1,5 kW antes de dividir. Quem não faz essa conversão chega a números fora de escala. A intervenção que eu uso é desenhar na lousa uma tabela com as três colunas: W, kW e kWh, e mostrar como cada uma muda de tamanho.
Esquecer a direção da força na potência mecânica
Nas questões do ENEM, o erro típico é usar a força total como se ela estivesse na direção do movimento. Quando a força é aplicada com um ângulo, só a componente paralela ao deslocamento realiza trabalho. A fórmula correta é P = F·v·cos θ. O distrator mais provável nesse tipo de questão é aquele que ignora o ângulo e usa a força inteira. A intervenção é desenhar o vetor força inclinado e a velocidade horizontal, e pedir que o aluno pinte apenas a parte do vetor que "anda junto" com o carrinho.
Trocar microampères por ampères
Nas questões de física médica, o aluno que não converte 2,0 μA em ampères comete um erro de seis ordens de grandeza. A intervenção é pedir que o aluno escreva o prefixo por extenso antes de usar o valor: micro significa dez elevado a menos seis.
Como ensinar passo a passo
A sequência que eu uso tem cinco etapas, e elas seguem as dicas de resolução das fichas técnicas.
Primeiro, eu começo pelo contexto cotidiano: a conta de luz e o chuveiro. Peço que os alunos estimem qual aparelho consome mais, sem calcular. Isso cria uma referência de ordem de grandeza que depois vai servir para checar resultados.
Segundo, apresento a relação P = E/Δt e mostro que potência é energia por unidade de tempo. Uso analogias simples: se a energia é a água que enche um balde, a potência é a vazão da torneira.
Terceiro, trabalho a relação P = V·I com exercícios de isolamento de variáveis. A dica das fichas é clara: isole I dividindo a potência pela tensão, e isole V dividindo pela corrente. Faço isso com três ou quatro exemplos antes de avançar.
Quarto, faço as conversões de unidades de forma explícita, sempre com a tabela de prefixos. Só depois de dominar as conversões entro em consumo de energia em kWh.
Quinto, apresento o caso mecânico com força inclinada, somente quando a turma já domina P = E/Δt. Aqui o foco é o cosseno do ângulo, e uso o desenho do vetor como recurso principal.
Como avaliar: que tipo de questão usar em cada momento
Nem toda questão serve para todo momento. Pelos dados das fichas, as oito questões têm perfis diferentes, e vale escolher conforme o objetivo.
Para diagnóstico no início do tema, prefira questões de nível de leitura baixo e tempo de resolução curto, como a da lâmpada de LED (Id 287816) e a de troca de lâmpadas incandescentes por LED (Id 356478). Elas têm papel de consolidação e poder de discriminação médio ou alto, e servem bem para ver se a turma sabe multiplicar.
Para avaliação formal, as questões de poder de discriminação alto e papel na prova de consolidação são as mais úteis: a da sala de informática com monitores (Id 356392) e a do aquecedor com 300 kWh (Id 273813). Elas exigem duas etapas e separam bem quem entende de quem decora.
Para simulado e desafio, as questões do ENEM (Ids 329719, 358095, 341142 e 338962) são as mais adequadas. Elas têm papel de desafio ou abertura, nível de leitura médio ou alto e exigem cálculo. A questão do carrinho com força inclinada (Id 358095) é a que mais revela se o aluno entende a direção da força.
Vale lembrar que nenhuma dessas questões é ruim por si só. O que muda é o momento em que cada uma faz sentido.
O que ensinar antes
O tema de potência elétrica se apoia em conceitos que precisam estar firmes. A Lei de Ohm é o primeiro deles, porque sem ela o aluno não consegue relacionar tensão, corrente e resistência em P = V·I. Se a turma ainda confunde divisão e multiplicação nessa relação, vale voltar antes de avançar.
Outro pré-requisito indispensável é a unidade de medida, tanto de potência (watt) quanto de energia (joule e kWh). Sem isso, o aluno não percebe que 1 kWh equivale a 3,6 milhões de joules, e os cálculos de consumo ficam sem sentido.
A conversão de unidades merece atenção especial, porque é a origem de muitos dos erros de ordem de grandeza que aparecem nas fichas. E o conceito de trabalho e potência é o que dá base para o caso mecânico, onde potência é a taxa de realização de trabalho.
Por fim, a conversão de energia ajuda o aluno a entender que nem toda energia elétrica vira o efeito desejado. Um motor, por exemplo, transforma parte da energia em calor. Essa noção é importante para as questões do ENEM sobre rendimento.
Para onde este conceito leva
Potência elétrica é porta de entrada para vários outros temas. O primeiro é a própria energia elétrica, que é potência multiplicada pelo tempo. Quando o aluno entende isso, passa a calcular o consumo de energia de qualquer aparelho e a comparar opções de forma crítica.
Esse caminho leva direto ao consumo de energia em casa e na escola. A conta de luz vira um problema real, não apenas uma folha de exercícios. Aqui o aluno percebe que trocar um chuveiro ou deixar o ar-condicionado ligado tem impacto mensurável.
Outro desdobramento natural é a corrente elétrica, que aparece sempre que isolamos I em P = V·I. Uma confusão comum é achar que corrente e potência são a mesma coisa, e essa dúvida só se resolve quando o aluno trabalha com os dois conceitos lado a lado. O mesmo vale para corrente elétrica, potência e tensão, onde as unidades costumam ser o ponto de tropeço.
Por fim, o conceito é central para entender a energia gerada por painéis solares, onde a potência instalada e as horas de sol determinam a energia produzida em um dia. E o cálculo de potência e consumo de energia é o que permite comparar equipamentos de forma justa, sem esquecer o tempo de uso.
Ligações com outros temas
Do ponto de vista transversal, as fichas indicam ciência e tecnologia como tema principal em todas as oito questões. Isso faz sentido: potência elétrica está por trás de quase toda a tecnologia de uso cotidiano, de celulares a motores industriais.
A habilidade socioemocional que mais aparece é a tomada de decisão, em sete questões, e pensamento crítico, na questão do carrinho com força inclinada. Na prática, isso significa que o tema serve para treinar o aluno a escolher entre opções de consumo, a avaliar se um resultado faz sentido e a justificar a escolha com base em cálculo.
O contexto de aplicação alterna entre cotidiano, como a conta de luz e as lâmpadas, e científico, como as questões do ENEM sobre mecânica e física médica. Essa variedade é útil: o professor pode escolher o contexto que mais conversa com a turma.
8 questões comentadas sobre potência elétrica
Questão 1: corrente de um aquecedor de 800 W em 230 V
Um aquecedor elétrico de resistência tem potência P = 800 W quando ligado à tensão eficaz V = 230 V. Usando a relação P = V·I (P em W, V em V, I em A), calcule a corrente eficaz I que atravessa o aquecedor.
- ❌ A) I = 0,35 A — Ao acrescentar indevidamente um zero à tensão, calcula-se 800/2300 ≈ 0,35 A.
- ❌ B) I = 184000 A — Em vez de dividir a potência pela tensão, multiplica-se os valores: 800*230 = 184000 A.
- ❌ C) I = 0,29 A — Inverte-se a divisão e calcula-se V/P, obtendo 230/800 = 0,2875 A, que arredondado fica 0,29 A.
- ✅ D) I = 3,48 A — Pela relação P = V·I, isolamos a corrente: I = P/V. Assim, I = 800/230 ≈ 3,48 A.
- ❌ E) I = 34,78 A — Ao deslocar incorretamente a vírgula da tensão de 230 V, usa-se 23 V no denominador: 800/23 ≈ 34,78 A.
O que o erro revela: a alternativa E mostra um aluno que não estima a ordem de grandeza. Um aquecedor doméstico não consome 34 A, e a correção passa por checar se o resultado faz sentido antes de conferir a conta.
Questão 2: troca de cinco lâmpadas incandescentes por LED
Em casa, uma família troca cinco lâmpadas de 60 W por cinco lâmpadas de 10 W. Qual é a redução total instantânea de potência?
- ❌ A) 290 W — Resulta de subtrair 10 W apenas uma vez dos 300 W das lâmpadas antigas: 5 × 60 − 10.
- ✅ B) 250 W — Cada lâmpada reduz 50 W, pois 60 W − 10 W = 50 W. Como são cinco lâmpadas, 5 × 50 W = 250 W.
- ❌ C) 350 W — Resulta de somar as potências antigas e novas e multiplicar por cinco: 5 × (60 + 10).
- ❌ D) 55 W — Resulta de subtrair a quantidade de lâmpadas da potência de uma lâmpada antiga: 60 − 5.
- ❌ E) 50 W — É a redução de apenas uma lâmpada: 60 W − 10 W.
O que o erro revela: a alternativa E é a mais escolhida por quem para no primeiro passo. O aluno calcula a diferença de uma lâmpada e esquece de multiplicar pelo número total. É um sinal de que a etapa de generalização ainda não foi consolidada.
Questão 3: potência total e energia diária de uma sala de informática
Uma sala de informática tem 20 monitores, cada um com potência de 40 W, ligados 8 horas por dia. Qual a potência total instalada e qual a energia consumida por dia (em kWh) por todos os monitores?
- ✅ A) Potência total 800 W (0,8 kW); energia diária 6,4 kWh. — Potência total = 20 × 40 W = 800 W = 0,8 kW. Energia diária = 0,8 kW × 8 h = 6,4 kWh.
- ❌ B) A energia consumida por dia é de 10 kWh. — Falso; com os cálculos corretos, a energia consumida é 6,4 kWh, não 10.
- ❌ C) Cada monitor consome 20 W. — Factualmente errado; cada monitor consome 40 W, não 20 W.
- ❌ D) Os monitores funcionam 10 horas por dia. — Incorreto; a questão afirma que funcionam 8 horas por dia.
- ❌ E) A potência total é de 400 W. — Incorreto; a potência total é 800 W, calculada como 20 vezes 40 W.
O que o erro revela: a alternativa B é a mais escolhida. O aluno sabe que existe uma energia, mas não conecta a potência total ao tempo de uso. A intervenção é separar, no quadro, as duas perguntas do enunciado.
Questão 4: potência de uma força inclinada sobre um carrinho
Em um laboratório de mobilidade urbana, estudantes analisaram um carrinho elétrico que se deslocava horizontalmente sobre uma pista. Durante um trecho retilíneo, uma força de tração de intensidade 200 N era aplicada por um cabo que formava um ângulo de 30° acima da horizontal. Nesse trecho, o carrinho se movia com velocidade constante de 1,5 m/s. Considere cos 30° = 0,866.
Com base nos dados do experimento, qual é a potência instantânea desenvolvida pela força de tração sobre o carrinho?
- ❌ A) P = Fv sen θ = 200 · 1,5 · 0,5 = 150 W — Usa incorretamente a componente perpendicular à direção do movimento, associada ao seno do ângulo, em vez da componente paralela, associada ao cosseno.
- ❌ B) P = F cos θ ≈ 173 W — Calcula apenas a componente horizontal da força e não a multiplica pela velocidade, etapa necessária para determinar a potência.
- ❌ C) P = F cos θ ÷ v ≈ 115 W — Divide a componente da força pela velocidade, embora a potência seja obtida multiplicando a componente da força paralela ao movimento pela velocidade.
- ❌ D) P = Fv = 300 W — Desconsidera o ângulo entre a força e a velocidade e usa a intensidade total da força como se ela fosse paralela ao movimento.
- ✅ E) P = Fv cos θ ≈ 260 W — A potência instantânea de uma força é dada pelo produto escalar entre a força e a velocidade: P = Fv cos θ. Como a velocidade é horizontal, somente a componente horizontal da força realiza trabalho na direção do movimento. Assim, P = 200 · 1,5 · 0,866 ≈ 260 W.
O que o erro revela: a alternativa A é a mais escolhida, e mostra que o aluno ainda não percebeu que a direção da força muda o resultado. É exatamente o que a ficha chama de erro típico. A intervenção é o desenho do vetor inclinado com a componente paralela destacada.
Questão 5: potência total de cinco lâmpadas de LED em uma festa
Em uma festa, foram utilizados 5 lâmpadas de LED, cada uma consumindo 10 W. Qual a potência total do circuito?
- ❌ A) 30 W — 30 W é a soma de 3 lâmpadas de 10 W.
- ✅ B) 50 W — 50 W é a soma de 5 lâmpadas de 10 W.
- ❌ C) 40 W — 40 W não corresponde à soma correta das lâmpadas.
- ❌ D) 20 W — 20 W representa apenas 2 lâmpadas de 10 W.
- ❌ E) 10 W — 10 W é a potência de apenas uma lâmpada.
O que o erro revela: a alternativa C é a mais escolhida por quem faz uma soma imprecisa, sem contar as parcelas. A questão é simples, mas separa bem quem multiplica com segurança de quem ainda conta nos dedos.
Questão 6: horas de uso de um aquecedor de 1500 W
Uma família utiliza um aquecedor elétrico que consome 1500 W. Se a conta de energia indica um gasto de 300 kWh no mês, quantas horas por mês esse aquecedor ficou ligado?
- ❌ A) 100 horas — O cálculo está incorreto; o aquecedor ficou ligado mais tempo.
- ✅ B) 200 horas — Cálculo: 300 kWh / 1.5 kW = 200 horas.
- ❌ C) 150 horas — O tempo é maior que 150 horas.
- ❌ D) 50 horas — O aquecedor não ficaria tão pouco tempo ligado.
- ❌ E) 250 horas — O aquecedor não poderia ficar ligado por mais tempo que 200 horas.
O que o erro revela: a alternativa C aparece quando o aluno não converte 1500 W em 1,5 kW. A ficha aponta esse como o distrator mais provável, e ele mostra que a conversão de unidades ainda é o gargalo da turma.
Questão 7: motor que eleva um elevador a velocidade constante
Um motor elétrico eleva um elevador de massa total m = 80,0 kg a velocidade constante v = 0,50 m·s⁻¹. Considere g = 10 m·s⁻² e rendimento 100%. Calcule (a) a potência mecânica P fornecida pelo motor (W) e (b) a energia elétrica consumida em t = 60 s (J). Use P = F·v e F = m·g.
- ❌ A) A velocidade é 1,0 m·s⁻¹. — Errado, a velocidade constante informada na questão é 0,50 m·s⁻¹, não 1,0 m·s⁻¹.
- ❌ B) A potência mecânica é 200 W. — Está errado porque a fórmula usa F = m·g, que resulta em 400 W, não 200 W.
- ✅ C) P = 400 W; E(60 s) = 2,40×10⁴ J — F = m·g = 80,0·10 = 800 N. P = F·v = 800·0,50 = 400 W. Energia E = P·t = 400·60 = 24 000 J.
- ❌ D) A massa total do elevador é 40,0 kg. — Incorreto, a massa total dada no enunciado é 80,0 kg, não metade disso.
- ❌ E) A energia elétrica no tempo t é 1,20×10⁴ J. — Errado, pois E = P·t = 400·60 = 24 000 J, não 12 000 J.
O que o erro revela: a alternativa B é a mais escolhida, e mostra que o aluno confunde força com potência. Ele calcula um valor intermediário e para aí, sem completar a relação P = F·v.
Questão 8: corrente de elétrons e potência média em um detector
Em um laboratório de física médica, um detector é usado para medir a energia transferida por um feixe de elétrons. O feixe estabelece uma corrente elétrica constante de 2,0 microampères no detector. Medições indicam que cada elétron transfere, em média, 5,0 quiloelectronvolts de energia. Considere a carga elementar e = 1,6 × 10⁻¹⁹ C e que 1 eV = 1,6 × 10⁻¹⁹ J.
Com base nos dados do texto, qual é a potência média, em watts, transferida pelo feixe de elétrons ao detector?
- ✅ A) 1,0 × 10⁻² W — A energia transferida por cada elétron é E = 5,0 keV = 5,0 × 10³ eV. Como 1 eV = 1,6 × 10⁻¹⁹ J, resulta em E = 5,0 × 10³ × 1,6 × 10⁻¹⁹ = 8,0 × 10⁻¹⁶ J. A corrente de 2,0 μA corresponde a 2,0 × 10⁻⁶ C/s. O número de elétrons por segundo é I/e = (2,0 × 10⁻⁶)/(1,6 × 10⁻¹⁹). Assim, P = (I/e)E = (2,0 × 10⁻⁶)/(1,6 × 10⁻¹⁹) × 8,0 × 10⁻¹⁶ = 1,0 × 10⁻² W.
- ❌ B) 1,0 × 10⁴ W — Esse resultado surge ao utilizar numericamente a corrente de 2,0 μA como se fosse 2,0 A, sem converter microampères para ampères.
- ❌ C) 1,0 × 10⁻¹ W — Esse valor corresponde a um erro de fator 10 no produto entre a corrente e a energia equivalente do feixe, resultando em uma potência dez vezes maior que a calculada corretamente.
- ❌ D) 1,0 × 10⁻⁵ W — Esse valor resulta de tratar 5,0 keV como 5,0 eV, desprezando o fator 10³ associado ao prefixo quilo.
- ❌ E) 1,6 × 10⁻²¹ W — Esse resultado é obtido ao multiplicar diretamente a corrente por elétron, 2,0 × 10⁻⁶ A, pela energia de cada elétron, 8,0 × 10⁻¹⁶ J, sem dividir a corrente pela carga elementar para determinar a quantidade de elétrons por segundo.
O que o erro revela: a alternativa A é a mais escolhida por quem erra a relação entre corrente, carga e energia. O aluno que chega a esse resultado sem converter microampères para ampères precisa voltar às conversões antes de tentar o problema de novo.
Perguntas frequentes
Qual é a diferença entre potência e energia elétrica?
Potência é a rapidez com que a energia é transferida, medida em watts. Energia é a quantidade total transferida, medida em joules ou kWh. Um aparelho de 1000 W ligado por uma hora consome 1 kWh de energia. A confusão entre as duas grandezas é um dos erros mais comuns, e a melhor forma de separá-las é trabalhar com o tempo explicitamente em cada cálculo.
Por que o aluno erra tanto a conversão de watts para quilowatts?
Porque a conversão exige multiplicar ou dividir por mil, e isso pede atenção ao prefixo, não só à operação. O aluno costuma saber que quilo significa mil, mas não aplica isso no momento do cálculo. Uma tabela com W, kW e kWh na lousa, usada em vários exercícios seguidos, costuma resolver bem esse ponto.
Como saber se a turma está pronta para o caso mecânico com força inclinada?
Antes de apresentar a fórmula P = F·v·cos θ, verifique se os alunos já dominam potência elétrica simples e a relação P = E/Δt. Se a turma ainda confunde esses dois conceitos, o cosseno do ângulo vira mais um obstáculo, não um aprendizado. Uma boa referência é que os alunos consigam desenhar o vetor força e identificar a componente paralela ao movimento.
Qual questão usar para diagnosticar a turma no início do tema?
As questões de nível de leitura baixo e tempo curto são as mais indicadas, como a das lâmpadas de LED em uma festa. Elas revelam rapidamente se a turma sabe multiplicar e somar com segurança. Depois, vale passar para questões de consolidação, que exigem duas etapas e separam melhor quem entende de quem decora.
Como ensinar potência elétrica sem usar só fórmulas?
Começando pelo contexto: a conta de luz, o chuveiro, a geladeira. Peço que os alunos estimem qual aparelho consome mais antes de calcular. Esse exercício de estimativa cria uma referência de ordem de grandeza que depois serve para checar os resultados. Só depois de estabelecer esse senso é que apresento as fórmulas de forma formal.
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Fontes
- Base Nacional Comum Curricular (BNCC), Ministério da Educação: basenacionalcomum.mec.gov.br
- Questões do acervo GeraProva sobre Fontes e Tipos de Energia, com resolução comentada e análise de cada alternativa.
