12. (UESB) Um corpo de massa igual a 4 kg é abando- nado de uma altura igual a 180 m. Considerando-se desprezível qualquer tipo de forças dis- sipativas e sendo a aceleração da gravidade local igual a 10 m/s², é correto afirmar que a potência média desenvolvida pela força peso desse corpo até chegar ao solo, em kW, é igual a: a) 1,5 b) 1,4 c) 1,3 d) 1,2 e) 1,1
A energia potencial gravitacional do corpo de massa 4 kg, quando abandonado de uma altura de 180 m, é dada por:
Epg = mgh = 4 x 10 x 180 = 7200 J
Essa energia é totalmente convertida em energia cinética quando o corpo atinge o solo. A energia cinética é dada por:
Ec = (1/2)mv²
Como o corpo está abandonado, sua velocidade final é igual à velocidade inicial, que é zero. Portanto, a energia cinética é igual a zero.
Assim, a variação da energia mecânica do corpo é igual à energia potencial gravitacional inicial:
ΔEm = Epg = 7200 J
A variação da energia mecânica do corpo também pode ser calculada como o trabalho realizado pela força peso:
ΔEm = W = Fd
Onde F é a força peso do corpo e d é a distância percorrida, que é igual à altura inicial de 180 m. Então:
F = mg = 4 x 10 = 40 N
W = Fd = 40 x 180 = 7200 J
Portanto, a potência média desenvolvida pela força peso do corpo é dada por:
P = W/Δt
Onde Δt é o tempo que o corpo leva para cair do topo até o solo. Esse tempo pode ser calculado a partir da altura e da aceleração da gravidade usando a equação da queda livre:
h = (1/2)gt²
Substituindo h = 180 m e g = 10 m/s², obtemos:
t² = (2h/g) = 36
t = 6 s
Assim, a potência média desenvolvida pela força peso do corpo é:
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A energia potencial gravitacional do corpo de massa 4 kg, quando abandonado de uma altura de 180 m, é dada por:
Epg = mgh = 4 x 10 x 180 = 7200 J
Essa energia é totalmente convertida em energia cinética quando o corpo atinge o solo. A energia cinética é dada por:
Ec = (1/2)mv²
Como o corpo está abandonado, sua velocidade final é igual à velocidade inicial, que é zero. Portanto, a energia cinética é igual a zero.
Assim, a variação da energia mecânica do corpo é igual à energia potencial gravitacional inicial:
ΔEm = Epg = 7200 J
A variação da energia mecânica do corpo também pode ser calculada como o trabalho realizado pela força peso:
ΔEm = W = Fd
Onde F é a força peso do corpo e d é a distância percorrida, que é igual à altura inicial de 180 m. Então:
F = mg = 4 x 10 = 40 N
W = Fd = 40 x 180 = 7200 J
Portanto, a potência média desenvolvida pela força peso do corpo é dada por:
P = W/Δt
Onde Δt é o tempo que o corpo leva para cair do topo até o solo. Esse tempo pode ser calculado a partir da altura e da aceleração da gravidade usando a equação da queda livre:
h = (1/2)gt²
Substituindo h = 180 m e g = 10 m/s², obtemos:
t² = (2h/g) = 36
t = 6 s
Assim, a potência média desenvolvida pela força peso do corpo é:
P = W/Δt = 7200/6 = 1200 W = 1,2 kW
Portanto, a alternativa correta é a letra d) 1,2.