Um bloco de massa 2 kg com velocidade inicial 3,0 m/s colide com uma mola fixa e comprime-a até parar. A…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Analisar e representar, com ou sem o uso de dispositivos e de aplicativos digitais específicos, as transformações e conservações em sistemas que envolvam quantidade de matéria, de energia e de movimento para realizar previsões sobre seus comportamentos em situações cotidianas e em processos produtivos que priorizem o desenvolvimento sustentável, o uso consciente dos recursos naturais e a preservação da vida em todas as suas formas.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Um bloco de massa 2 kg com velocidade inicial 3,0 m/s colide com uma mola fixa e comprime-a até parar. A constante elástica da mola é k = 2000 N/m. Usando g = 10 m/s², determine a compressão máxima da mola e descreva qualitativamente a conversão de energia e as forças atuantes durante o processo.
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
Conservação de energia: energia cinética inicial transfere-se em energia potencial elástica na mola (sem atrito). ½ m v² = ½ k x² ? x = v·v(m/k). Com m=2 kg, v=3,0 m/s, k=2000 N/m: x = 3,0·v(2/2000) = 3,0·v(0,001) ˜ 3,0·0,03162 ˜ 0,095 m. Durante a compressão, a força da mola segue a lei de Hooke F = k·x, atuando no sentido oposto ao movimento; a energia cinética diminui enquanto a energia elástica aumenta, atingindo máximo quando o bloco pára.
Explicação
A solução utiliza o princípio da conservação de energia, onde a energia cinética do bloco é convertida em energia potencial elástica da mola. A aplicação da fórmula da energia cinética e da energia potencial elástica permite calcular a compressão máxima da mola. Além disso, a descrição das forças envolvidas e a variação das energias durante o processo são fundamentais para entender a dinâmica da colisão e a interação entre o bloco e a mola.
Raio-X da questão
conservação de energia
avaliacao
conservação de energia · forças em sistemas mecânicos
Revisar a relação entre energia cinética e energia potencial em sistemas elásticos.
O aluno pode confundir a energia cinética com a energia potencial elástica, não aplicando corretamente a fórmula da conservação de energia.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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