Transcript ExerciciosTrabalho

Trabalho
Parte I
1. (Uerj 2014) Um chuveiro elétrico com resistência igual a
5Ω é conectado a uma rede elétrica que fornece 120 V de
tensão eficaz.
Determine a energia elétrica, em kWh, consumida pelo
chuveiro durante 10 minutos.
2. (Fuvest 2014) Um contêiner com equipamentos
científicos é mantido em uma estação de pesquisa na
Antártida. Ele é feito com material de boa isolação térmica
e é possível, com um pequeno aquecedor elétrico, manter
sua temperatura interna constante, Ti = 20°C, quando a
temperatura externa é Te = −40°C. As paredes, o piso e o
teto do contêiner têm a mesma espessura, ε = 26 cm, e
são de um mesmo material, de condutividade térmica
k = 0,05 J / (s ⋅ m ⋅ °C). Suas dimensões internas são
2 × 3 × 4 m3 . Para essas condições, determine
a) a área A da superfície interna total do contêiner;
b) a potência P do aquecedor, considerando ser ele a única
fonte de calor;
c) a energia E, em kWh, consumida pelo aquecedor em um
dia.
Note e adote:
A quantidade de calor por unidade de tempo (Φ) que
flui através de um material de área A, espessura ε  e
condutividade térmica k, com diferença de
temperatura ΔT entre as faces do material, é dada
por: Φ = kAΔT / ε.
3. (Fuvest 2014) No sistema cardiovascular de um ser
humano, o coração funciona como uma bomba, com
potência média de 10 W, responsável pela circulação
sanguínea. Se uma pessoa fizer uma dieta alimentar de
2500 kcal diárias, a porcentagem dessa energia utilizada
para manter sua circulação sanguínea será,
aproximadamente, igual a
a) A sonda atingiu o repouso, na superfície de Marte, 7
minutos após a sua entrada na atmosfera. Calcule o
módulo da força resultante média de desaceleração da
sonda durante sua descida.
b) Considere que, após a entrada na atmosfera a uma
altitude h0 = 125 km, a força de atrito reduziu a
velocidade da sonda para v = 4000 m/s quando a altitude
atingiu h =100 km. A partir da variação da energia
mecânica, calcule o trabalho realizado pela força de
atrito neste trecho. Considere a aceleração da gravidade
de Marte, neste trecho, constante e igual a gMarte = 4
2
m/s .
5. (Uerj 2013) Uma pessoa adulta, para realizar suas
atividades rotineiras, consome em média, 2500 kcal de
energia por dia.
Calcule a potência média, em watts, consumida em um dia
por essa pessoa para realizar suas atividades.
Utilize: 1 cal = 4,2 J.
6. (Fgv 2013) A montadora de determinado veículo
produzido no Brasil apregoa que a potência do motor que
equipa o carro é de 100 HP (1HP ≅ 750W ) . Em uma pista
horizontal e retilínea de provas, esse veículo, partindo do
repouso, atingiu a velocidade de 144 km/h em 20 s.
Sabendo que a massa do carro é de 1 000 kg, o rendimento
desse motor, nessas condições expostas, é próximo de
a) 30%.
b) 38%.
c) 45%.
d) 48%.
e) 53%.
7. (Uftm 2012) No resgate dos mineiros do Chile, em 2010,
foi utilizada uma cápsula para o transporte vertical de cada
um dos enclausurados na mina de 700 metros de
profundidade. Considere um resgate semelhante ao feito
naquele país, porém a 60 metros de profundidade, tendo a
cápsula e cada resgatado um peso total de 5 × 104 N. O
cabo que sustenta a cápsula não pode suportar uma força
que exceda 7,5 × 104 N. Adote g = 10 m s2 para o local
do resgate. Esse movimento tem aceleração máxima no
primeiro trecho e, a seguir, movimento retardado, com o
motor desligado, até o final de cada ascensão.
Note e adote:
1 cal = 4 J.
a) 1%
b) 4%
c) 9%
d) 20%
e) 25%
4. (Unicamp 2013) Em agosto de 2012, a NASA anunciou o
pouso da sonda Curiosity na superfície de Marte. A sonda,
de massa m = 1000 kg, entrou na atmosfera marciana a
uma velocidade v0 = 6000 m/s.
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a) Qual deve ter sido o menor tempo para cada ascensão
do elevador?
b) Calcule a potência máxima que o motor deve ter
desenvolvido em cada resgate.
8. (Uerj 2012) Uma pessoa empurrou um carro por uma
distância de 26 m, aplicando uma força F de mesma direção
e sentido do deslocamento desse carro. O gráfico abaixo
representa a variação da intensidade de F, em newtons, em
função do deslocamento d, em metros.
Desprezando o atrito, o trabalho total, em joules, realizado
por F, equivale a:
a) 117
b) 130
c) 143
d) 156
9. (Uftm 2012) Um motor ideal é usado para acionar uma
bomba de rendimento igual a 40%, cuja função é elevar 300
litros de água por minuto a uma altura de 20 m. Esse
motor consome óleo combustível de poder calorífico igual a
4,0 × 107 J kg. Considerando g = 10 m s2 e
dágua = 1,0 kg L, responda:
a) Qual é a potência efetiva do motor utilizado nessa
tarefa?
b) Qual foi o consumo de óleo, em kg, utilizado pelo motor,
em uma hora de trabalho?
10. (Espcex (Aman) 2012) Uma força constante F de
intensidade 25 N atua sobre um bloco e faz com que ele
sofra um deslocamento horizontal. A direção da força
forma um ângulo de 60° com a direção do deslocamento.
Desprezando todos os atritos, a força faz o bloco percorrer
uma distância de 20 m em 5 s.
A potência desenvolvida pela força é de:
Dados: Sen 60° = 0,87; Cos 60º = 0,50.
a) 87 W
b) 50 W
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c) 37 W
d) 13 W
e) 10 W
11. (G1 - cps 2012) A hidroponia consiste em um método
de plantio fora do solo em que as plantas recebem seus
nutrientes de uma solução, que flui em canaletas, e é
absorvida pelas raízes.
Por meio de uma bomba hidráulica, em determinada horta
hidropônica, a solução é elevada até uma altura de 80 cm,
sendo vertida na canaleta onde estão presas as mudas.
Devido a uma ligeira inclinação da canaleta, a solução se
move para o outro extremo, lá sendo recolhida e
direcionada ao reservatório do qual a bomba reimpulsiona
o líquido, como mostra a figura.
Dados:
– Aceleração da gravidade: g = 10 m s2
– 1 kg de água equivale a 1 litro de água
Trabalho
– Potência =
intervalo de tempo
– Trabalho = massa × gravidade × altura
Suponha que nessa horta hidropônica foi empregada uma
bomba com potência de 20 W. Se toda a potência dessa
bomba pudesse ser empregada para elevar a água até a
canaleta, a cada um segundo (1 s ) , o volume de água que
fluiria seria, em litros,
a) 2,0.
b) 2,5.
c) 3,0.
d) 3,5.
e) 4,0.
12. (Fuvest 2012)
Um pequeno cata-vento do tipo Savonius, como o
esquematizado na figura ao lado, acoplado a uma bomba
d'água, é utilizado em uma propriedade rural. A potência
útil P (W) desse sistema para bombeamento de água pode
Página 2
2
ser obtida pela expressão P = 0,1⋅ A ⋅ v 3 , em que A (m ) é
a área total das pás do cata-vento e v (m/s), a velocidade
do vento. Considerando um cata-vento com área total das
2
pás de 2 m , velocidade do vento de 5 m/s e a água sendo
elevada de 7,5 m na vertical, calcule
a) a potência útil P do sistema;
b) a energia E necessária para elevar 1 L de água;
c) o volume V1 de água bombeado por segundo;
d) o volume V2 de água, bombeado por segundo, se a
velocidade do vento cair pela metade.
15. (Uerj 2011) Um homem arrasta uma cadeira sobre um
piso plano, percorrendo em linha reta uma distância de 1
m. Durante todo o percurso, a força que ele exerce sobre a
cadeira possui intensidade igual a 4 N e direção de 60° em
relação ao piso.
O gráfico que melhor representa o trabalho T, realizado por
essa força ao longo de todo o deslocamento d, está
indicado em:
NOTE E ADOTE
3
Densidade da água = 1 g/cm .
2
Aceleração da gravidade g = 10 m/s .
13. (Unicamp 2012) O óleo lubrificante tem a função de
reduzir o atrito entre as partes em movimento no interior
do motor e auxiliar na sua refrigeração. O nível de óleo no
cárter varia com a temperatura do motor, pois a densidade
do óleo muda com a temperatura. A tabela abaixo
apresenta a densidade de certo tipo de óleo para várias
temperaturas.
T (ºC)
0
20
40
60
80
100
120
140
ρ (kg/litro)
0,900
0,882
0,876
0,864
0,852
0,840
0,829
0,817
a) Se forem colocados 4 litros de óleo a 20ºC no motor de
um carro, qual será o volume ocupado pelo óleo quando
o motor estiver a 100ºC?
b) A força de atrito que um cilindro de motor exerce sobre
o pistão que se desloca em seu interior tem módulo
Fatrito = 3,0 N . A cada ciclo o pistão desloca-se 6,0 cm
para frente e 6,0 cm para trás, num movimento de vai e
vem. Se a frequência do movimento do pistão é de 2500
ciclos por minuto, qual é a potência média dissipada pelo
atrito?
14. (Espcex (Aman) 2011) Um bloco, puxado por meio de
uma corda inextensível e de massa desprezível, desliza
sobre uma superfície horizontal com atrito, descrevendo
um movimento retilíneo e uniforme. A corda faz um ângulo
de 53° com a horizontal e a tração que ela transmite ao
bloco é de 80 N. Se o bloco sofrer um deslocamento de 20
m ao longo da superfície, o trabalho realizado pela tração
no bloco será de:
(Dados: sen 53° = 0,8 e cos 53° = 0,6)
a) 480 J
b) 640 J
c) 960 J
d) 1280 J
e) 1600 J
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a)
b)
c)
d)
16. (Unesp 2011) A quantidade de energia informada na
embalagem de uma barra de chocolate é igual a 200 kcal.
Após o consumo dessa barra, uma pessoa decide eliminar a
energia adquirida praticando uma corrida, em percurso
plano e retilíneo, com velocidade constante de 1,5 m/s, o
que resulta em uma taxa de dissipação de energia de 500
W. Considerando 1 kcal = 4200 J , quantos quilômetros,
aproximadamente, a pessoa precisará correr para dissipar a
mesma quantidade de calorias ingeridas ao comer o
chocolate?
17. (Ifsp 2011) Um atleta de 80 kg massa, durante uma
prova de atletismo, percorre 100 m rasos durante um
intervalo de tempo de 9,0 segundos, cruzando a linha de
chegada com uma velocidade escalar de 43,2 km/h.
Adotando que 1 cal = 4 joules e desconsiderando os efeitos
de resistência do ar, podemos afirmar que a energia gasta,
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por segundo, pelas forças musculares do atleta, em
calorias, é de
a) 160.
b) 240.
c) 360.
d) 640.
e) 720.
18. (G1 - col.naval 2011) De acordo com a lei da
conservação da energia, a energia não pode ser criada nem
destruída, podendo apenas ser transformada de uma forma
em outra. Baseado nesse princípio, algumas equipes de
fórmula 1 usaram, durante a temporada de 2009, um
Sistema de Recuperação da Energia Cinética (em inglês
KERS)que proporcionava uma potência extra ao carro de
cerca de 80 CV durante 6 segundos, melhorando assim as
ultrapassagens. Essa energia era acumulada durante as
frenagens usando parte da energia cinética do carro, que
seria dissipada pelos freios em forma de calor.
Se toda a energia acumulada pelo KERS pudesse ser
integralmente utilizada por um elevador para erguer uma
carga total de 1000 kg, qual seria, aproximadamente, a
altura máxima atingida por esse elevador, desprezando-se
todos os atritos envolvidos?
Dados: 1 CV = 735 W
2
g = 10 m/s
a) 20m
b) 25m
c) 30m
d) 35m
e) 40m
19. (Fgv 2010) Contando que ao término da prova os
vestibulandos da GV estivessem loucos por um docinho, o
vendedor de churros levou seu carrinho até o local de saída
dos candidatos. Para chegar lá, percorreu 800 m, metade
sobre solo horizontal e a outra metade em uma ladeira de
inclinação constante, sempre aplicando sobre o carrinho
uma força de intensidade 30 N, paralela ao plano da
superfície sobre a qual se deslocava e na direção do
movimento. Levando em conta o esforço aplicado pelo
vendedor sobre o carrinho, considerando todo o traslado,
pode-se dizer que,
a) na primeira metade do trajeto, o trabalho exercido foi de
12 kJ, enquanto que, na segunda metade, o trabalho foi
maior.
b) na primeira metade do trajeto, o trabalho exercido foi de
52 kJ, enquanto que, na segunda metade, o trabalho foi
menor.
c) na primeira metade do trajeto, o trabalho exercido foi
nulo, assumindo, na segunda metade, o valor de 12 kJ.
d) tanto na primeira metade do trajeto como na segunda
metade, o trabalho foi de mesma intensidade,
totalizando 24 kJ.
e) o trabalho total foi nulo, porque o carrinho parte de um
estado de repouso e termina o movimento na mesma
condição.
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20. (Ufla 2010) Uma partícula de massa m está sujeita a
uma força resultante que gera uma potência constante P.
Considerando que, para t0 = 0, a partícula está parada (v0 =
0), é correto afirmar que a expressão da sua velocidade em
função do tempo é dada por:
 2P 
a) V = 
⋅t
m
m
b) V = 
⋅t
 2P 
2
m
c) V = 
⋅ t2

 2P 
1
 2P  2 21
d) V = 
 ⋅t
m
21. (Unesp 2009) Suponha que os tratores 1 e 2 da figura
arrastem toras de mesma massa pelas rampas
correspondentes, elevando-as à mesma altura h. Sabe-se
que ambos se movimentam com velocidades constantes e
que o comprimento da rampa 2 é o dobro do comprimento
da rampa 1.
Chamando de τ1 e τ 2 os trabalhos realizados pela força
gravitacional sobre essas toras, pode-se afirmar que:
a) τ1 = 2τ2 ; τ1 > 0 e τ 2 < 0.
b) τ1 = 2τ2 ; τ1 < 0 e τ 2 > 0.
c) τ1 = τ2 ; τ1 < 0 e τ 2 < 0.
d) 2τ1 = τ 2 ; τ1 > 0 e τ 2 > 0.
e) 2τ1 = τ2 ; τ1 < 0 e τ 2 < 0.
22. (Pucrj 2008) Durante a aula de educação física, ao
realizar um exercício, um aluno levanta verticalmente um
peso com sua mão, mantendo, durante o movimento, a
velocidade constante.
Pode-se afirmar que o trabalho realizado pelo aluno é:
a) positivo, pois a força exercida pelo aluno atua na mesma
direção e sentido oposto ao do movimento do peso.
b) positivo, pois a força exercida pelo aluno atua na mesma
direção e sentido do movimento do peso.
c) zero, uma vez que o movimento tem velocidade
constante.
d) negativo, pois a força exercida pelo aluno atua na mesma
direção e sentido oposto ao do movimento do peso.
e) negativo, pois a força exercida pelo aluno atua na mesma
direção e sentido do movimento do peso.
23. (G1 - cps 2008) A pesca é um dos lazeres mais
procurados. Apetrechos e equipamentos utilizados devem
ser da melhor qualidade. O fio para pesca é um exemplo.
Ele deve resistir à força que o peixe faz para tentar
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permanecer na água e também ao peso do peixe. Supondo
que o peixe seja retirado, perpendicularmente em relação à
superfície da água, com uma força constante, o trabalho
a) será resistente, considerando apenas a força peso do
peixe.
b) da força resultante será resistente, pois o peixe será
retirado da água.
c) será indiferente, pois a força, sendo constante, implicará
em aceleração igual a zero.
d) poderá ser resistente em relação à força que o pescador
aplicará para erguer o peixe.
e) de qualquer força aplicada no peixe será nulo, pois força
e deslocamento são perpendiculares entre si.
24. (Unesp 2008) O teste Margaria de corrida em escada é
um meio rápido de medida de potência anaeróbica de uma
pessoa. Consiste em fazê-la subir uma escada de dois em
dois degraus, cada um com 18 cm de altura, partindo com
velocidade máxima e constante de uma distância de alguns
0
metros da escada. Quando pisa no 8 . degrau, a pessoa
0
aciona um cronômetro, que se desliga quando pisa no 12 .
degrau. Se o intervalo de tempo registrado para uma
pessoa de 70 kg foi de 2,8 s e considerando a aceleração da
2
gravidade igual a 10 m/s , a potência média avaliada por
este método foi de
a) 180 W.
b) 220 W.
c) 432 W.
d) 500 W.
e) 644 W.
25. (Unesp 2007) A relação entre calor e outras formas de
energia foi objeto de intensos estudos durante a Revolução
Industrial, e uma experiência realizada por James P. Joule
foi imortalizada. Com ela, ficou demonstrado que o
trabalho mecânico e o calor são duas formas diferentes de
energia e que o trabalho mecânico poderia ser convertido
em energia térmica. A figura apresenta uma versão
atualizada da máquina de Joule. Um corpo de massa 2 kg é
suspenso por um fio cuidadosamente enrolado em um
carretel, ligado ao eixo de um gerador.
transferidos para a água 24 J de energia térmica. Sabendo
que esse valor corresponde a 80% da energia mecânica, de
qual altura em relação ao solo o corpo foi abandonado?
2
Adote g = 10 m/s .
Parte II: como cai na UFJF
TEXTO PARA AS PRÓXIMAS 2 QUESTÕES:
Dados:
Aceleração da gravidade: g = 10 m/s2
Densidade da água: ρa = 1,0 g/cm3 = 1000 kg/m3
Velocidade da luz no vácuo: c = 3,0 ⋅ 108 m/s
Pressão atmosférica: Patm = 1,0 ⋅ 105 N/m2
1 litro = 1 dm3 = 10−3 m3
1 ano - luz = 9,461⋅ 1015 m
Calor específico da água: c a = 1 cal/gºC = 4000 J/KgºC
1 eV = 1,6 ⋅ 1019 J
1 cal = 4,2 J
1. (Ufjf 2011) Um sistema de polia móvel, como mostrado
na figura abaixo, pode ser muito útil para suspender algum
objeto utilizando uma força menor que o peso do próprio
objeto. Considere a corda sem massa e inextensível e
despreze as massas das polias e qualquer perda de energia
do sistema.
a) Considerando que o peso foi deslocado a uma altura h,
qual o trabalho realizado pela força P ?
b) Qual o deslocamento total da extremidade A e qual o
trabalho realizado pela força F ?
c) Qual o valor da força F para um sistema formado por N
polias móveis? Justifique sua resposta.
O gerador converte a energia mecânica do corpo em
elétrica e alimenta um resistor imerso em um recipiente
com água. Suponha que, até que o corpo chegue ao solo,
depois de abandonado a partir do repouso, sejam
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2. (Ufjf 2011) A usina hidrelétrica de Itaipu é formada por
20 unidades geradoras, que fornecem 19% da energia
elétrica consumida no Brasil. Em cada uma das tubulações
das unidades geradoras, passam 600 m3 de água por
segundo, sob ação da gravidade, que fazem girar a turbina
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e o gerador. A eficiência no processo de geração de energia
elétrica é da ordem de 75%.
a) Se a altura da coluna d'água entre o ponto mais baixo e o
ponto mais alto da tubulação é de aproximadamente
roximadamente h =
120 m,, calcule a potência elétrica gerada na usina.
b) Calcule a energia fornecida pela usina durante um dia.
3. (Ufjf 2010) Em uma construção civil, os operários usam
algumas máquinas simples para facilitar e diminuir sua
carga diária de energia gasta na execução de seu trabalho.
Uma das máquinas simples mais utilizadas são, por
exemplo, as roldanas fixas e móveis. Em um dia comum
co
de
trabalho, um operário deve elevar, com velocidade
constante, um bloco de pedra de massa m =100
100 kg para o
segundo andar da obra, que fica a uma altura h = 5,0 m em
relação ao solo. Para essa tarefa, o operário utilizou um
sistema com duas roldanas, uma
ma fixa e outra móvel, e um
cabo de massa desprezível, como mostra a figura.
2
Considere g = 10m/s .
a) Faça um diagrama de forças que atuam sobre o bloco e
identifique cada uma das forças.
b) Calcule a tração no cabo que está em contato com a mão
do operário
rário e o trabalho realizado por ele, para elevar o
bloco até o segundo andar da obra.
c) Se foi gasto um tempo t =10 s para o operário elevar o
bloco até o segundo andar da obra, calcule a potência
gasta nessa tarefa.
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