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Exercícios sobre potência de uma força

Estes exercícios testarão seus conhecimentos sobre a potência de uma força, grandeza que se relaciona com o consumo de energia em um intervalo de tempo específico.

Questão 1

(FGV) Depois de anos investigando o funcionamento de nossas pernas, um grupo de cientistas construiu uma traquitana simples, mas extremamente sofisticada, que é capaz de diminuir o consumo de energia de uma caminhada em até 10%.

REINACH, Fernando. “Quando um prato de feijão vai mais longe”,
in O Estado de São Paulo, 13/06/2015.

Uma pessoa caminhando, sem a traquitana, gasta 80 cal a cada metro. Utilizando o equipamento e reduzindo em 10% seu consumo de energia, essa pessoa percorreu uma distância D com velocidade média igual a 7,0 km/h e gastou energia correspondente a um prato de feijoada de 504 kcal. Os valores da distância D e da potência P consumida na caminhada são, respectivamente,

Dado: 1 cal = 4 J

a) 5,7 km e 700 W.

b) 6,3 km e 155 W.

c) 6,3 km e 622 W.

d) 7,0 km e 140 W.

e) 7,0 km e 560 W.

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Questão 2

(Enem) Um carro solar é um veículo que utiliza apenas a energia solar para a sua locomoção. Tipicamente, o carro contém um painel fotovoltaico que converte a energia do Sol em energia elétrica, que, por sua vez, alimenta um motor elétrico. A imagem mostra o carro solar Tokai Challenger, desenvolvido na Universidade de Tokai, no Japão, e que venceu o World Solar Challenge de 2009, uma corrida internacional de carros solares, tendo atingido uma velocidade média acima de 100 km/h.


Disponível em: www.physics.hku.hk. Acesso em: 3 jun. 2015.

Considere uma região plana onde a insolação (energia solar por unidade de tempo e de área que chega à superfície da Terra) seja de 1 000 W/m2, que o carro solar possua massa de 200 kg e seja construído de forma que o painel fotovoltaico em seu topo tenha uma área de 9,0 m2 e rendimento de 30%.

Desprezando as forças de resistência do ar, o tempo que esse carro solar levaria, a partir do repouso, para atingir a velocidade de 108 km/h é um valor mais próximo de

a) 1,0 s.

b) 4,0 s.

c) 10 s.

d) 33 s.

e) 300 s.

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Questão 3

Um homem comeu uma refeição que totalizou 600 Kcal. Ao se exercitar, o indivíduo só conseguiu queimar a energia adquirida com a refeição depois de 6 h de atividade. Determine a potência, em W, aproximada desenvolvida pelo homem.

Dados: 1 cal = 4J; 1 h = 3600 s; 1 Kcal = 1000 cal.

a) 102

b) 122

c) 152

d) 202

e) 112

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Questão 4

Um objeto é empurrado por uma força de intensidade 100 N que forma um ângulo de 60º com a horizontal. Sabendo que a velocidade do objeto durante a atuação da força é de 2 m/s, determine a potência média desenvolvida.

a) 50 W

b) 100 W

c) 150 W

d) 200 W

e) 250 W

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Respostas

Resposta Questão 1

Letra E

Com o uso da traquitana, o gasto de energia para cada metro caminhado é 10% menor. Como o consumo de energia sem o equipamento é de 80 cal por metro andado, com a ajuda do dispositivo, o consumo cai para 72 cal por metro andado.

A energia consumida corresponde a 504 kcal = 504. 1000 cal = 504.000 cal. Se para cada 1 metro de deslocamento, a energia consumida é de 72 cal, a distância percorrida com 504.000 cal é:

A energia total utilizada pode ser transformada em joules. Se cada caloria é equivalente a 4 J, podemos escrever que:

A potência da caminhada é definida pela energia total, em J, e o tempo de 1 h. Sabendo que a velocidade de deslocamento é de 7 km/h e que o deslocamento executado foi de 7 km, definimos que o tempo gasto foi de 1 h, que equivale a 3600 s.

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Resposta Questão 2

Letra D

A cada 1 m2, a potência disponível é de 1000 W, portanto, para os 9 m2 das placas solares do carro, a potência disponível é de 9000 W. Como o rendimento é de apenas 30% (0,3), somente 2700 W serão efetivamente utilizados (9000. 0,3 = 2700). A partir da equação da potência de uma força, teremos:

A energia utilizada é a energia cinética, que se refere à velocidade de 108 km/h (30 m/s).

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Resposta Questão 3

Letra E

A energia total consumida pelo homem em joules é de 2.400.000 J (600 Kcal = 600. 1000 = 60.0000 cal. 4 = 2.400.000 J). A partir da definição de potência e sabendo que 6 h correspondem a 21.600 s (6 x 3600s = 21.600 s), teremos:

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Resposta Questão 4

Letra B

A potência pode ser definida em termos da força aplicada e da velocidade do objeto.

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