Em uma linha de produção, um carrinho de massa 3,0 kg é puxado horizontalmente por uma força constante Fext =…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Avaliar, com ou sem o uso de dispositivos e aplicativos digitais, tecnologias e possíveis soluções para as demandas que envolvem a geração, o transporte, a distribuição e o consumo de energia elétrica, considerando a disponibilidade de recursos, a eficiência energética, a relação custo/benefício, as características geográficas e ambientais, a produção de resíduos e os impactos socioambientais e culturais.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Em uma linha de produção, um carrinho de massa 3,0 kg é puxado horizontalmente por uma força constante Fext = 40 N sobre superfície com µk = 0,15. À frente há uma mola fixa k = 800 N/m. Descreva e represente com equações o movimento quando o carrinho comprime a mola: determine se pára, calcule a compressão máxima x_max e a energia dissipada por atrito. Use g = 10 m/s².
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
Cálculos e raciocínio modelo: Fat = µk·m·g = 0,15·3,0·10 = 4,5 N. No ponto de parada momentânea (v=0) as forças equilibram: Fext = k·x_max + Fat ? x_max = (Fext - Fat)/k = (40 - 4,5)/800 = 35,5/800 ˜ 0,0444 m ˜ 4,44 cm. Conclusão: o carrinho comprime a mola e para quando kx = Fext - Fat. Energia dissipada por atrito durante compressão: E_loss = Fat·x_max ˜ 4,5 N · 0,0444 m ˜ 0,20 J. Representar com as equações Fat = µk·m·g; equilíbrio Fext = kx + Fat; energia dissipada E = Fat·x. Discutir sinais e conservação de energia considerando trabalho da força externa, energia potencial elástica e perda por atrito.
Explicação
A análise das forças atuantes no carrinho permite determinar a compressão máxima da mola, considerando o equilíbrio entre a força externa, a força elástica da mola e a força de atrito. O cálculo da energia dissipada por atrito durante a compressão é essencial para entender a perda de energia no sistema. A representação das equações utilizadas ilustra claramente a relação entre as forças e a conservação de energia envolvidas no movimento.
Raio-X da questão
movimento de um corpo
avaliacao
forças e movimento · energia potencial e cinética
Revisar as leis de Newton e conservação de energia.
O aluno pode confundir a força de atrito com a força elástica da mola, não considerando corretamente a energia dissipada.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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