Questão 31
ENEM 2019
(ENEM - 2019)
Numa feira de ciências, um estudante utilizará o disco de Maxwell (ioiô) para demonstrar o princípio da conservação da energia. A apresentação consistirá em duas etapas:
Etapa 1 - a explicação de que, à medida que o disco desce, parte de sua energia potencial gravitacional é transformada em energia cinética de translação e energia cinética de rotação;
Etapa 2 - o cálculo da energia cinética de rotação do disco no ponto mais baixo de sua trajetória, supondo o sistema conservativo.
Ao preparar a segunda etapa, ele considera a aceleração da gravidade igual a 10 ms-s e a velocidade linear do centro de massa do disco desprezível em comparação com a velocidade angular. Em seguida, mede a altura do topo do disco em relação ao chão no ponto mais baixo de sua trajetória, obtendo ⅓ da altura da haste do brinquedo.
As especificações de tamanho do brinquedo, isto é, de comprimento (C) , largura (L) e altura (A), assim como da massa de seu disco de metal, foram encontradas pelo estudante no recorte de manual ilustrado a seguir.
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Conteúdo: base de metal, hastes metálicas, barra superior, disco de metal. Tamanho (C x L x A): 300mm x 100mm x 410mm Massa do disco de metal: 30g |
O resultado do cálculo da etapa 2, em joule, é:
4,10 x 10-2
8,20 x 10-2
1,23 x 10-1
8,20 x 104
1,23 x 105
Gabarito:
8,20 x 10-2
Resolução:
Se a velocidade linear do centro de massa é desprezível, então o trabalho da força peso é a variação da energia cinética de rotação, como a energia cinética de rotação inicial é 0, esse trabalho será também igual à energia cinética de rotação no ponto que se quer descobrir.
E = mg2h/3
m = 0,03 kg
g = 10 m/s
h = 0,41 m
E = 0,3*2*0,41/3
E = 0,2*0,41
E = 0,082 = 8,2 * 10-2 J