Considere um vagão de massa 2000 kg que se desloca a 10 m/s e é desacelerado até parar por um sistema de freio…
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
Considere um vagão de massa 2000 kg que se desloca a 10 m/s e é desacelerado até parar por um sistema de freio regenerativo que converte 40% do trabalho de frenagem em energia elétrica. Apresente cálculos e explique se a quantidade de movimento do vagão se conserva durante a frenagem; justifique hipóteses adotadas.
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
Cálculo da energia inicial: E_k = 1/2 m v^2 = 0,5·2000 kg·(10 m/s)^2 = 100000 J. Energia recuperada: 0,40·E_k = 40000 J. A energia restante (60000 J) é dissipada como calor e atrito. Quantidade de movimento inicial: p_i = m·v = 2000·10 = 20000 kg·m/s. Durante a frenagem, forças externas das rodas/bitolas e da Terra atuam sobre o vagão, produzindo impulso que altera p do vagão; portanto, a quantidade de movimento do vagão isoladamente não se conserva. Se o sistema considerado incluir vagão+Terra, o momento total conserva-se, pois o impulso sobre o vagão é compensado por um impulso sobre a Terra. Hipóteses: desprezar rotações, perdas elétricas adicionais e variações de massa; assumir frenagem até repouso relativo ao solo.
Explicação
A quantidade de movimento do vagão não se conserva isoladamente devido à atuação de forças externas, como o atrito e a resistência do solo, que alteram seu estado de movimento. No entanto, se considerarmos o sistema vagão e Terra, a quantidade de movimento total se conserva, pois a mudança no movimento do vagão é compensada pela reação da Terra. As hipóteses adotadas simplificam a análise, permitindo focar nos principais fatores que influenciam a frenagem.
Raio-X da questão
quantidade de movimento
avaliacao
quantidade de movimento · trabalho e energia
Revisar os conceitos de quantidade de movimento e conservação em sistemas.
O aluno pode confundir a conservação da quantidade de movimento com a conservação de energia, não considerando que a quantidade de movimento não se conserva em sistemas com forças externas.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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