Questão 86 do ENEM PPL 2012
Um automóvel, em movimento uniforme, anda por uma estrada plana, quando começa a descer uma ladeira, na qual o motorista faz com que o carro se mantenha sempre com velocidade escalar constante.
Durante a descida, o que ocorre com as energias potencial, cinética e mecânica do carro?
- AA energia mecânica mantém-se constante, já que a velocidade escalar não varia e, portanto, a energia cinética é constante.
- BA energia cinética aumenta, pois a energia potencial gravitacional diminui e quando uma se reduz, a outra cresce.
- CA energia potencial gravitacional mantém-se constante, já que há apenas forças conservativas agindo sobre o carro.
- DA energia mecânica diminui, pois a energia cinética se mantém constante, mas a energia potencial gravitacional diminui.
- EA energia cinética mantém-se constante, já que não há trabalho realizado sobre o carro.
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Resolução comentada
Energia mecânica é a soma da energia cinética com a potencial gravitacional: E_m = E_c + E_p.
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Energia cinética: E_c = \frac{mv^2}{2}. Como a velocidade escalar é constante, E_c não varia.
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Energia potencial gravitacional: E_p = mgh. Na descida a altura h diminui, então E_p diminui.
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Energia mecânica: E_c fica constante e E_p diminui, logo E_m diminui.
Para onde vai essa energia? O motorista usa os freios (e o motor, o atrito e a resistência do ar também atuam). Essas forças dissipativas transformam a energia em calor, e o sistema não conserva a energia mecânica.
Conferindo as alternativas: a energia cinética constante não implica energia mecânica constante, porque E_p muda. A troca entre E_c e E_p só ocorre quando não há forças dissipativas, e aqui há. A energia potencial não fica constante, pois a altura muda. Há trabalho sobre o carro (do peso e das forças dissipativas), mas o trabalho total é nulo, e é por isso que E_c é constante.
Portanto, a energia cinética é constante, a potencial diminui e a mecânica diminui.
Alternativa D.
Pegadinha: A alternativa A engana ao tratar energia cinética constante como se fosse energia mecânica constante, esquecendo a queda da energia potencial.
Por que as outras alternativas estão erradas
- AIgnora que a energia potencial diminui; energia cinética constante não implica energia mecânica constante.
- BSupõe conservação da energia mecânica, mas a velocidade é constante, então a energia cinética não aumenta.
- CA altura diminui, logo a energia potencial não é constante, e há forças dissipativas (freio, atrito).
- EHá trabalho de várias forças; a energia cinética é constante porque o trabalho total é nulo, não porque não há trabalho.
Assuntos: energia mecânica, conservação de energia, forças dissipativas.
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