Questões sobre energia

A energia está presente em praticamente todas as transformações do cotidiano, desde o aquecimento de uma panela até o funcionamento de motores, usinas e circuitos elétricos. No Ensino Médio, compreender como a energia se conserva, se transforma e é transferida ajuda a interpretar fenômenos físicos, químicos e tecnológicos.

Nas questões a seguir, os contextos exploram situações reais para exigir análise conceitual, cálculo e interpretação de gráficos e processos. O objetivo é relacionar formas de energia, potência, rendimento, conservação e impactos associados ao uso de diferentes fontes energéticas.

Questões sobre energia

Questão 01

Um elevador de massa 600 kg sobe verticalmente 12 m em 8 s, com velocidade aproximadamente constante. Considerando g = 10 m/s² e desprezando perdas, qual é a potência média mínima do motor?

A)A potência média é 7,5 kW, pois depende apenas da altura atingida.B)A potência média é 9,0 kW, pois corresponde ao trabalho contra o peso dividido pelo tempo.C)A potência média é 72 kW, pois resulta da força peso multiplicada pelo deslocamento.D)A potência média é 0,75 kW, pois o tempo deve ser convertido em minutos.E)A potência média é 5,0 kW, pois a massa define diretamente a potência do motor.

Gabarito: alternativa B). Correta. O trabalho é mgh = 6000 J e, em 8 s, a potência média é 750 W?

Comentários por alternativa:

A) A altura entra no trabalho, mas a potência também depende do tempo gasto.
B) Correta. O trabalho é mgh = 6000 J e, em 8 s, a potência média é 750 W?
C) Força vezes deslocamento fornece trabalho, não potência.
D) Converter para minutos altera a unidade, mas não o valor físico calculado.
E) A massa influencia o trabalho, mas a potência depende também da altura e do tempo.

Questão 02

Uma lâmpada de 60 W fica acesa por 3 horas. Qual energia elétrica ela consome nesse intervalo, em kWh?

A)0,02 kWh, pois 60 W é uma potência baixa.B)20 kWh, pois três horas elevam muito o consumo.C)180 kWh, pois o watt já representa energia por hora.D)0,18 kWh, pois energia é potência multiplicada pelo tempo.E)1800 kWh, pois a conversão de watts para quilowatts é multiplicada por 1000.

Gabarito: alternativa D). Correta. 60 W = 0,06 kW; então E = 0,06 x 3 = 0,18 kWh.

Comentários por alternativa:

A) A conta correta precisa multiplicar potência pelo tempo, não reduzir por estimativa.
B) A potência é pequena; o tempo não gera consumo dessa ordem.
C) W é unidade de potência, não de energia.
D) Correta. 60 W = 0,06 kW; então E = 0,06 x 3 = 0,18 kWh.
E) A conversão para kW divide por 1000, não multiplica.

Questão 03

Um carro de massa 1000 kg freia de 20 m/s até parar em uma distância de 50 m. Admitindo desaceleração constante, qual o trabalho realizado pelos freios sobre o carro?

A)-200 kJ, pois o trabalho dos freios retira a energia cinética do veículo.B)+200 kJ, pois os freios aumentam a energia do carro para parar.C)-20 kJ, pois a força de frenagem é igual ao peso do carro.D)+20 kJ, pois trabalho e distância têm o mesmo sentido na frenagem.E)0 kJ, pois o carro para sem troca de energia mecânica.

Gabarito: alternativa A). Correta. O trabalho dos freios é a variação da energia cinética: -1/2 mv² = -200 kJ.

Comentários por alternativa:

A) Correta. O trabalho dos freios é a variação da energia cinética: -1/2 mv² = -200 kJ.
B) Na frenagem, os freios retiram energia mecânica do movimento.
C) O peso não determina diretamente o trabalho de frenagem horizontal.
D) Na frenagem, a força tem sentido oposto ao deslocamento.
E) Há dissipação de energia em calor e som durante a parada.

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Questão 04

Uma usina hidrelétrica recebe água de uma queda com vazão constante. Ao aumentar a altura de queda, mantendo a mesma vazão, o que ocorre com a potência hidráulica disponível?

A)A potência depende só da turbina, não da queda d’água.B)A potência diminui, porque água mais alta passa a ter menos energia útil.C)A potência permanece igual, porque depende apenas do volume total de água.D)A potência zera, porque a água perde velocidade ao cair.E)A potência aumenta, porque a energia potencial por unidade de volume cresce com a altura.

Gabarito: alternativa E). Correta. A energia associada à queda aumenta com a altura, elevando a potência disponível.

Comentários por alternativa:

A) A turbina importa, mas a energia da água de entrada é decisiva.
B) Maior altura implica maior energia potencial gravitacional por volume.
C) A vazão e a altura influenciam diretamente a potência.
D) A água chega com mais energia, não menos, ao cair de maior altura.
E) Correta. A energia associada à queda aumenta com a altura, elevando a potência disponível.

Questão 05

Uma chaleira elétrica transfere 180 kJ para 0,50 kg de água inicialmente a 20 °C. Desprezando perdas, e usando c = 4200 J/(kg·°C), qual é o aumento de temperatura da água?

A)120 °C, pois a água recebe energia suficiente para ferver sem mudança de estado.B)43 °C, pois a massa deve ser multiplicada pelo calor específico.C)86 °C, pois Q = mcΔT.D)21 °C, pois metade da energia aquece metade da água.E)0,5 °C, porque a energia em kJ é pequena para essa massa.

Gabarito: alternativa C). Correta. ΔT = 180000/(0,5 x 4200) ≈ 86 °C.

Comentários por alternativa:

A) Sem atingir 100 °C, não há ebulição; o cálculo pede aquecimento sensível.
B) Essa operação fornece o denominador, não a temperatura final.
C) Correta. ΔT = 180000/(0,5 x 4200) ≈ 86 °C.
D) A distribuição de energia não é por metade da massa, mas pela relação Q = mcΔT.
E) A energia é suficiente para elevar bastante a temperatura, não de forma desprezível.

Questão 06

Uma esfera é lançada verticalmente para cima com velocidade inicial de 30 m/s, sem resistência do ar. Em que instante sua energia cinética é igual à energia potencial gravitacional, tomando o ponto de lançamento como referência de energia potencial zero?

A)Em 3,0 s, quando a esfera atinge a altura máxima.B)Em 1,5 s, quando metade da energia inicial já foi convertida em energia potencial.C)Em 0,75 s, porque a energia cinética cai linearmente com o tempo.D)Em 6,0 s, porque a velocidade demora o dobro para reduzir à metade.E)No instante do lançamento, porque as duas energias têm valores iguais.

Gabarito: alternativa B). Correta. Metade da energia total ocorre quando a altura é metade da altura máxima, o que acontece em t = v₀/(2g).

Comentários por alternativa:

A) No topo, a energia cinética é zero.
B) Correta. Metade da energia total ocorre quando a altura é metade da altura máxima, o que acontece em t = v₀/(2g).
C) A variação de energia não é linear no tempo nesse movimento.
D) O tempo total de subida é 3 s, não 6 s.
E) No lançamento, toda a energia está cinética.

Questão 07

Um chuveiro elétrico opera em 220 V e consome corrente de 25 A. Qual é a potência elétrica aproximada do aparelho?

A)0,55 kW, pois a potência é a tensão multiplicada por 0,1 da corrente.B)8,8 kW, pois potência cresce com o quadrado da tensão.C)2,2 kW, pois a corrente deve ser dividida por 10.D)55 kW, pois a tensão em volts já indica quilowatts.E)5,5 kW, pois P = U i.

Gabarito: alternativa E). Correta. P = 220 x 25 = 5500 W = 5,5 kW.

Comentários por alternativa:

A) O fator 0,1 não faz parte da fórmula da potência.
B) Essa relação não é a expressão direta da potência elétrica do chuveiro.
C) A corrente não deve ser dividida por 10 nesse cálculo.
D) É necessário multiplicar tensão por corrente, não interpretar volts como potência.
E) Correta. P = 220 x 25 = 5500 W = 5,5 kW.

Questão 08

Em uma geladeira, o compressor recebe 400 J de energia elétrica e remove 1000 J de calor do interior da cozinha para o ambiente externo. Qual é o coeficiente de desempenho idealizado da geladeira, definido por COP = calor retirado/trabalho?

A)2,5, pois 1000 J/400 J representa o desempenho de refrigeração.B)0,4, pois o trabalho deve ser dividido pelo calor retirado.C)1,4, pois soma-se energia elétrica e calor transferido.D)400, pois o valor de entrada do compressor domina o processo.E)2,0, pois metade da energia elétrica vira calor removido.

Gabarito: alternativa A). Correta. COP = 1000/400 = 2,5.

Comentários por alternativa:

A) Correta. COP = 1000/400 = 2,5.
B) A definição foi invertida.
C) Somar energias não fornece o coeficiente de desempenho.
D) A unidade física e a razão pedida não justificam esse valor.
E) A fração de energia convertida não é metade nesse caso.

Questão 09

Um painel solar recebe 800 W de radiação e fornece 200 W de potência elétrica útil. Qual é o rendimento do sistema?

A)20%, pois o rendimento é a potência útil menos a recebida.B)4%, pois 200 deve ser dividido por 50 para obter o rendimento.C)75%, porque a maior parte da energia é absorvida pelo painel.D)25%, pois a razão entre potência útil e potência recebida é 200/800.E)800%, porque a radiação recebida é convertida várias vezes no processo.

Gabarito: alternativa D). Correta. Rendimento = 200/800 = 0,25, ou 25%.

Comentários por alternativa:

A) Rendimento não é diferença, e sim razão entre útil e recebida.
B) A conta não corresponde à definição de rendimento.
C) Nem toda energia absorvida vira potência elétrica útil.
D) Correta. Rendimento = 200/800 = 0,25, ou 25%.
E) Rendimento acima de 100% não ocorre nesse contexto.

Questão 10

Uma esfera metálica desce um plano inclinado com atrito. Ao final, sua velocidade é menor que a prevista sem atrito. Qual interpretação está correta sobre a energia mecânica do sistema?

A)A energia potencial gravitacional desapareceu, sem conversão para outras formas.B)A energia mecânica aumentou, porque o atrito adiciona energia ao movimento.C)Parte da energia mecânica foi transformada em calor devido ao atrito.D)Toda a energia cinética foi destruída pelo atrito antes do final da rampa.E)A energia mecânica permaneceu constante, porque o corpo continuou se movendo.

Gabarito: alternativa C). Correta. O atrito é uma força dissipativa que converte parte da energia mecânica em energia interna.

Comentários por alternativa:

A) A energia potencial se transforma em outras formas, principalmente cinética e térmica.
B) O atrito não acrescenta energia ao sistema mecânico.
C) Correta. O atrito é uma força dissipativa que converte parte da energia mecânica em energia interna.
D) O atrito não destrói energia; ele a dissipa em calor.
E) Movimento não garante conservação da energia mecânica quando há atrito.

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