Você sabe o que é energia cinética? Não? Então revise energia cinética nesta aula para arrebentar em Física no Enem e nos vestibulares!
Nessa aula você aprenderá sobre energia cinética, a relação entre trabalho e energia. Saberá também de onde surgiu o teorema da energia cinética e compreenderá seu uso e aplicação no dia a dia. Vem com a gente e revise Física para mandar bem nas questões de Ciências da Natureza do Enem e dos vestibulares!
Você já sabe que tudo no universo é composto de matéria e (ou) energia, certo? Sabe também que a energia pode influenciar a matéria e se transformar em diversos outros tipos de energia.
Um desses tipos de energia é o que chamamos de “energia cinética”, a energia do movimento. Nesta aula você vai revisar a energia cinética, bem como sua relação com o Trabalho e com a expressão de Torricelli. Vem com a gente!
Há pouco tempo, a Companhia de Engenharia de Tráfico de São Paulo divulgou dados que informavam que após terem reduzido o limite de velocidade de certas vias da cidade, o número de acidentes de trânsito com vítimas fatais caiu pela metade. Por que isso aconteceu?
Podemos pensar em vários motivos. O primeiro deles é que quanto mais lento está o carro, mais fácil é conseguimos dar uma resposta a um evento, como frear ou desviar, escapando de um acidente.
Outro motivo, dessa vez muito relacionado à esta aula, é a energia cinética dos veículos que trafegam nestas vias. A energia cinética, como vimos no início dessa aula é a energia relacionada ao movimento. Mais precisamente, a energia cinética está relacionada à velocidade e à massa de um objeto.
Sendo assim, ao estudar a energia cinética ao longo desta aula, você vai perceber que a quantidade de energia cinética está diretamente relacionada à velocidade com que um corpo de desloca. Assim, quanto maior for a velocidade de um carro, uma moto, ou um ônibus, maior será a sua energia cinética.
A partir dessas informações, você já pode pensar em outro motivo pelo qual a diminuição do limite de velocidade reduziu o número de acidentes com mortos, certo?
Quando ocorre uma colisão, como quando você bate com o carro, a energia cinética proveniente do movimento se transforma, podendo se concentrar no impacto. Para você ter uma ideia, uma colisão a 80km/h pode ter o mesmo efeito que uma queda do 8º andar.
Agora que você já entendeu onde podemos encontrar a energia cinética e como ela pode influenciar na nossa vida, vamos entender como calculá-la?
Relação entre Trabalho e energia cinética
O Trabalho é uma grandeza escalar, podendo ser positiva ou negativa, que mede o efeito da ação de uma força sobre um corpo ao longo de um deslocamento. Em miúdos, podemos dizer que ela indica se a força contribui para acelerar o movimento de um corpo ou retardá-lo.
A unidade de medida do Trabalho é N.m ou Joules
Matematicamente temos:

Mas, o que o trabalho tem a ver com a Energia Cinética? Como já dissemos, em muitas situações, os corpos produzem movimento. A energia que os corpos apresentam quando estão em movimento é denominada energia cinética.
Porém, para adquirir movimento, é necessário que ele esteja sob ação de forças que venham a produzir seu descolamento. Com a ocorrência desse deslocamento, temos uma variação da quantidade da energia cinética. Esta pode ser calculada através da expressão:

Mas de onde vem essa expressão? Vem da expressão de Torricelli para o movimento uniformemente variado, lembra?! Vamos mostrar:
Por Torricelli temos:

Essa é o teorema da energia cinética, onde relaciona Trabalho realizado com variação de energia cinética em dois momentos, final e inicial.
Então, podemos tirar daqui a expressão para energia cinética inicial ou final, que são iguais:

Agora, vamos pensar em um exemplo?
Um carro de 1000kg está se movendo a uma velocidade de 25m/s (equivalente a 90 km/h). Qual a sua energia cinética?

Agora, se a velocidade desse mesmo carro fosse de 18 m/s (aproximadamente 65km/h), qual seria a energia cinética dele?

Note que a redução na velocidade diminuiu consideravelmente a energia cinética do carro. Em caso de uma colisão, provavelmente os dados também seriam menores.
E aí? Conseguiu aprender um pouco mais sobre a energia cinética? Beleza! Para fixar ainda mais o conteúdo, assista a videoaula a seguir:
Agora resolva 10 exercícios sobre energia cinética
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Pergunta 1 de 10
1. Pergunta
(PUCCAMP SP/2019)
No movimento do pêndulo, ocorrem transformações sucessivas entre a energia potencial gravitacional e a energia cinética. Considerando como referência o ponto mais baixo da trajetória do pêndulo, quando este se encontra no ponto mais alto de sua trajetória o valor da energia potencial gravitacional é
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Pergunta 2 de 10
2. Pergunta
(UniCESUMAR PR/2019)
Um projétil de massa 5,0 g foi disparado verticalmente para cima com velocidade inicial de 200 m/s, a partir do solo. A ação da resistência do ar retardou o movimento e fez com que após 5,0 segundos o projétil já atingisse o ponto mais alto da trajetória. Considerando a aceleração gravitacional igual a 10 m/s², a energia mecânica dissipada durante o movimento de subida do projétil foi
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Pergunta 3 de 10
3. Pergunta
(UFPR/2018)
Numa experiência realizada em laboratório, a posição x de um objeto, cuja massa é constante, foi medida em função do tempo t. Com isso, construiu-se o gráfico ao lado. Sabe-se que o referencial adotado para realizar as medidas é inercial e que o objeto move-se ao longo de uma linha reta.
Com base no gráfico, considere as seguintes afirmativas:
1. A energia cinética do objeto é constante entre os instantes t = 20 e t = 30 s.
2. A força resultante sobre o objeto em t = 15 s é nula.
3. O deslocamento total do objeto desde t = 0 até t = 40 s é nulo.Assinale a alternativa correta.
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Pergunta 4 de 10
4. Pergunta
(UNIFOR CE/2018)
Dois irmãos, Jorge e Rodrigo, resolvem testar as leis da Física em um tobogã. Jorge está inicialmente à uma altitude H, maior que a altitude inicial de Jorge, que é h = H/2. Rodrigo possui o dobro do peso de Jorge. Ao som de um apito, os dois começam a escorregar descendo pelo tobogã. Despreze as forças de atrito. É correto afirmar que, nessa situação, ao atingirem o nível do solo, Jorge e Rodrigo terão energias cinéticas:
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Pergunta 5 de 10
5. Pergunta
(IFBA/2018)
O Beach park, localizado em Fortaleza – CE, é o maior parque aquático da América Latina situado na beira do mar. Uma das suas principais atrações é um toboágua chamado “Insano”. Descendo esse toboágua, uma pessoa atinge sua parte mais baixa com velocidade módulo 28 m/s. Considerando- se a aceleração da gravidade com módulo g = 10 m/s² e desprezando-se os atritos, estima-se que a altura do toboágua, em metros, é de:
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Pergunta 6 de 10
6. Pergunta
(UNIDERP MS/2018)
Na busca por uma boa saúde, é importante ter uma alimentação adequada e, para isso, é necessário seguir certas regras que mantenham um equilíbrio entre o trabalho e o descanso, já que estes influenciam nas funções fisiológicas do corpo humano e acarretam desordem nos mecanismos da energia. As necessidades calóricas de cada indivíduo variam de acordo com sua idade, seu tamanho, seu peso e sua quantidade de massa muscular. Considere um adulto normal com necessidade calórica diária igual a 2,4kcal, 1,0kcal igual a 4,2kJ, e a aceleração da gravidade local igual a 10m/s².
Sendo essa energia utilizada para elevar um bloco de massa igual a 8,4kg, a altura que ele seria erguido, em hm, é igual a
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Pergunta 7 de 10
7. Pergunta
(UNIRG TO/2018)
Um conhecido ponto turístico no estado do Tocantins é a cachoeira da Roncadeira, a 35 quilometros da capital, Palmas. A cachoeira possui uma queda de 70 metros de seu topo até a superfície de um lago de água fria e revigorante, com 4 metros de profundidade.
Desprezando-se a resistência do ar e considerando- se que no topo da cachoeira a velocidade da água seja nula, a alternativa que dá, aproximadamente, a velocidade com que certa massa de água bata na superfície do lago será de (Admita g = 10 m/s²):Correto
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Pergunta 8 de 10
8. Pergunta
(FM Petrópolis RJ/2017)
No dia 15 de fevereiro de 2014, em Donetsk, na Ucrânia, o recorde mundial de salto com vara foi quebrado por Renaud Lavillenie com a marca de 6,16 m. Nesse tipo de salto, o atleta realiza uma corrida e utiliza uma vara para conseguir ultrapassar o “sarrafo” – termo utilizado para se referir à barra horizontal suspensa, que deve ser ultrapassada no salto.
Considerando que ele ultrapassou o sarrafo com uma velocidade horizontal da ordem de 1 cm/s, fruto das transformações de energia ocorridas durante a prova, tem-se que, após perder o contato com a vara, no ponto mais alto de sua trajetória, a energia mecânica associada ao atleta eraCorreto
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Pergunta 9 de 10
9. Pergunta
(FUVEST SP/2017)
Helena, cuja massa é 50 kg, pratica o esporte radical bungee jumping. Em um treino, ela se solta da beirada de um viaduto, com velocidade inicial nula, presa a uma faixa elástica de comprimento natural L0 = 15 m e constante elástica k = 250 N/m. Quando a faixa está esticada 10m além de seu comprimento natural, o módulo da velocidade de Helena é
Note e adote:
Aceleração da gravidade: 10 m/s².
A faixa é perfeitamente elástica; sua massa e efeitos dissipativos devem ser ignorados.Correto
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Pergunta 10 de 10
10. Pergunta
(PUCCAMP SP/2017)
Na formação escolar é comum tratarmos de problemas ideais, como lançamentos verticais de objetos nos quais se despreza a resistência do ar. Mas podemos também abordar um problema destes sem esta simplificação.
Um objeto é lançado verticalmente pra cima, a partir do solo, com velocidade 20 m/s. Na subida este objeto sofre uma perda de 15% em sua energia mecânica devido às forças dissipativas.
Adotando-se g = 10 m/s², a altura máxima que será atingida por este objeto em relação ao solo será, em metros, de:Correto
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Sobre o(a) autor(a):
Rodinei Pachani é mestre em Geofísica pela USP-SP, com licenciatura plena em matemática, possui pós-graduação em Gerência Financeira e especialização em Estatística Aplicada. Possui experiência de mais de 28 anos em sala de aula, tendo trabalhado com ensino médio, cursinhos e Faculdades. É autor do livro “Ciência ao alcance de todos” e possui um canal no YouTube onde realiza experimentos, explica conteúdos e resolve exercícios de física.