PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 90 (CFS 2) da EEAR 2023

CFS 2 · Física: Potência e rendimento

– Umas das vantagens dos carros elétricos, sobre os que utilizam motores a combustão, é a possibilidade de “restituir” parte da energia utilizada para colocar o carro em movimento, recarregando as baterias no momento da frenagem através dos freios regenerativos. Isso é possível porque os motores elétricos podem funcionar como geradores elétricos durante a frenagem, os quais convertem parte da energia cinética em energia elétrica nesse processo.

Um carro elétrico com massa total de 1400\text{ kg} movimenta-se em um trecho retilíneo e plano de uma estrada, com velocidade constante de 90\text{ km/h}. Em um certo instante utiliza-se os freios regenerativos até atingir 18\text{ km/h} em 8 segundos e a partir dessa velocidade os freios mecânicos são acionados até parar totalmente o veículo.

Nessas condições, considerando todo o sistema ideal, qual a potência “restituída”, em \text{kW}, às baterias durante o tempo que o freio regenerativo permaneceu acionado?

  1. A
    17{,}5
  2. B
    52{,}5
  3. C
    420{,}0
  4. D
    437{,}5
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Resolução comentada

A energia restituída às baterias é a energia cinética perdida enquanto o freio regenerativo atua, ou seja, entre 90\ \text{km/h} e 18\ \text{km/h}. O sistema é ideal, então toda essa variação vira energia elétrica. A potência é essa energia dividida pelo tempo.

  1. Converter as velocidades para m/s (divide por 3,6):

    v_0 = \frac{90}{3{,}6} = 25\ \text{m/s}, \qquad v = \frac{18}{3{,}6} = 5\ \text{m/s}

  2. Variação da energia cinética:

    \Delta E_c = \frac{m}{2}\,(v_0^2 - v^2) = \frac{1400}{2}\,(625 - 25) = 700 \cdot 600 = 420\,000\ \text{J}

  3. Potência média durante os 8\ \text{s}:

    P = \frac{\Delta E_c}{\Delta t} = \frac{420\,000}{8} = 52\,500\ \text{W} = 52{,}5\ \text{kW}

A energia de 420\ \text{kJ} é o valor da alternativa C, mas ela pede potência, não energia. Por isso é preciso dividir pelo tempo.

Alternativa B.

Pegadinha: A alternativa C engana: 420 é a energia em kJ, e a questão pede potência em kW, o que exige dividir por 8 s.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AProvavelmente usa a energia cinética final, ou outro valor incorreto, em vez da variação entre 25 m/s e 5 m/s.
  • CDá a energia em kJ (420 kJ), esquecendo de dividir pelos 8 s para obter a potência.
  • DCalcula a energia cinética inicial (437,5 kJ) sem subtrair a final e sem dividir pelo tempo.

Assuntos: Potência e rendimento, Energia mecânica e sua conservação.

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Fonte: EEAR 2023 · CFS 2. Prova oficial ↗